17.05.2017

Могут ли растения слышать шум воды?

Ученые из Университета Западной Австралии, занимающиеся биоакустикой растений, представили результаты опытов по проверке способности проростков гороха определять направление на воду по звуку. Эти результаты позволяют предположить, что растения чаще пускают корни в сторону, откуда по почве распространяется шум текущей воды, и согласуются с предыдущими исследованиями этой группы биоакустиков, показавшими, что растения могут воспринимать акустические колебания. Однако далекоидущие выводы явно преждевременны, так как результаты опытов оставляют большой простор для сомнений.

Все живые организмы - будь то бактерия, растение или человек - для своего существования должны уметь находить нужные ресурсы или благоприятные условия. Для этого у них выработалась врожденная способность к направленному движению (таксис) или к росту в подходящем направлении (тропизм). Но чтобы расти или двигаться в нужную сторону, организму надо получить информацию о том, какая же сторона нужная. И если в распоряжении животных есть множество органов чувств (от зрения до электрорецепции), то возможности растений более ограничены. Впрочем, возможно, здесь нам еще предстоит узнать много нового.

Эколог Моника Гальяно (Monica Gagliano) из Университета Западной Австралии, исследующая способы получения организмами информации об окружающей среде, последние несколько лет занимается биоакустикой растений (см. M. Gagliano, S. Mancuso, D. Robert, 2012. Towards understanding plant bioacoustics). Исследования в этой области показывают, что растения способны воспринимать акустические колебания (хотя о механизмах того, как это происходит, мы пока можем только догадываться) и даже отличать некоторые важные для них звуки от других. Например, было показано, что популярное у ученых модельное растение резуховидка Таля (Arabidopsis thaliana) способно отличать вибрации листьев, вызываемые поедающими ее насекомыми, от вибраций, вызванных ветром или песнями тех же насекомых (см. H. M. Appel, R. B. Cocroft, 2014. Plants respond to leaf vibrations caused by insect herbivore chewing).

В новой работе Моника Гальяно с коллегами изучала, могут ли проростки гороха посевного (Pisum sativum) использовать звуки для определения направления на воду. Выбор пал именно на горох, так как ранее на этом же виде исследовали способность растений к поиску воды с помощью градиента влажности (M. J. Jaffe et al., 1985. A pea mutant for the study of hydrotropism in roots).

Поскольку звуки в почве распространяются на гораздо большее расстояние, чем в воздухе, то, теоретически, по ним растению может быть удобно ориентироваться на больших расстояниях. Однако это еще не означает, что растения действительно используют звуки. Авторы работы приводят еще один факт, который может указывать на то, что растения ищут воду акустическим путем: корни деревьев часто оплетают канализационные трубы (что является большой проблемой для коммунальных служб), а это трудно объяснить поиском по градиенту влажности.

Опыты, проведенные Моникой Гальяно и ее коллегами, довольно просты и должны быть легко воспроизводимы. Ученые проращивали семена гороха в Y-образных горшочках, позволяющих корням расти в одну из двух трубок (рис. 2). К одной из трубок прилагали дополнительный стимул, а затем исследователи смотрели, как часто корни вырастали в сторону стимула или от него.

Всего исследователи провели девять опытов, объединенных в три серии (рис. 3). В первой серии из двух опытах проверяли, могут ли растения ориентироваться по звуку воды в трубе. В первом опыте (TS1) растению давали стандартный стимул в виде влажной почвы, ставя одну из трубок в плошку с водой. Во втором (TS2) растение могло только «слышать» шум воды - одна из трубок была оплетена шлангом, по которому текла вода. Исследователи убедились, что наличие шланга не влияет на температуру почвы (это могло бы также послужить сигналом для растения).

Во второй серии из четырех опытов проверяли реакцию растений на звук отдельно от наличия воды. К одной из трубок подсоединяли динамик, через который на mp3-плеере проигрывали записи текущей воды (TS3), белого шума (TS4), тишины (TS5) либо не проигрывали ничего, оставив оборудование включенным (TS6). Тем самым ученые проверяли, могут ли растения отличить шум воды от простого шума, а также влияет ли на рост корней само наличие включенного звуковоспроизводящего оборудования или подача сигнала на колонку. Наконец, в третьей серии из трех опытов проверяли, как горох реагирует на одновременно присутствующие стимулы. Соответственно, в этой серии к разным трубкам горшочка прилагали разные стимулы. Одним из них всегда были звуки текущей воды, которые гороху «предлагалось отличить» от влажной почвы (TS7), белого шума (TS8) и проигрываемой записи тишины (TS9).

В каждом из девяти опытов было задействовано по десять семян гороха, а результатом было число проростков, пустивших свой главный корень в ту или иную сторону. Понятно, что и в отсутствие выбора корень должен был куда-то расти, но в этом случае оба направления должны быть равновероятными. Результаты опытов приведены на рис. 4. Видно, что существенное отклонение от случайного выбора проявляется только в четырех опытах из девяти: TS1 (корни чаще росли в сторону воды), TS2 (корни чаще росли в сторону шланга с водой), TS5 (корни чаще росли от колонки, проигрывающей тишину) и TS9 (корни чаще росли в сторону записи шума воды, чем в сторону проигрываемой тишины). При этом формальной статистической значимости (95-процентный доверительный интервал для вероятности выбора направления роста не включал в себя значение 50%) достиг только результат опыта с проигрываемой тишиной (TS5).

Результаты не выглядят впечатляющими и на ум приходит объяснение, что всё это - случайные колебания вокруг 50%. Однако эту гипотезу все-таки приходится отвергнуть, причем довольно уверенно: при отсутствии всяких дополнительных эффектов такой результат мог бы возникнуть с вероятностью всего 0,2%.

Такие результаты могут показаться обескураживающими, но они довольно ожидаемы: разные варианты опытов различались, увы, не только одним действующим фактором. Поэтому авторы применили обобщенную линейную модель (generalized linear model), позволяющую выявить отдельный вклад факторов (факторы приведены в таблице на рис. 3), если есть данные по результатам их совместного действия.

Как оказалось, значимым эффектом обладали только три фактора. Причем наиболее сильным был вовсе не «притягивающий эффект» воды, а - «отталкивающий эффект» включенного звуковоспроизводящего оборудования: при прочих равных горох будет расти в сторону динамика с вероятностью лишь в 11%. Исследователи предполагают, что дело в отрицательном магнитотропизме: растения могут избегать магнитных полей, возникающих при работе звуковоспроизводящей аппаратуры (см. M. E. Maffei, 2014. Magnetic field effects on plant growth, development, and evolution). Авторы работы даже измерили магнитную индукцию от работающего динамика: она в два раза превышала фон и не зависела от того, что именно проигрывалось.

Притягивающим влиянием на рост корней гороха, согласно результатам обобщенной линейной модели, обладают непосредственный контакт с влажной почвой (корни будут расти в ее сторону, при прочих равных, с вероятностью 74%), а также звук текущей воды (80%) и белый шум (79%). Причем если объединить последние два параметра в общий фактор («звук»), то предсказательная сила модели значимо не уменьшалась. Такое смешение «осмысленного» шума воды и «бессмысленного» белого шума авторы объясняют тем, что белый шум может снижать способность к различению других звуковых сигналов (это ранее показано на животных).

О чем же говорят результаты этого исследования? Авторы считают, что они доказывают возможность использования растениями звука текущей воды для определения направления роста. Однако это, пожалуй, всё же преувеличение, а то и выдача желаемого за действительное (к сожалению, ученые тоже люди и им свойственны такие ошибки). Пока результаты работы могут быть восприняты скорее как указание на возможность того, что растения могут пользоваться звуком. Всё это требует дальнейшей проверки - как повторения опытов другими командами исследований, так и увеличения выборки для более достоверного выявления возможных эффектов.

Источник: Monica Gagliano, Mavra Grimonprez, Martial Depczynski, Michael Renton. Tuned in: plant roots use sound to locate water // Oecologia. 2017. V. 184. P. 151–160. DOI: 10.1007/s00442-017-3862-z.

Сергей Лысенков

Источники:

1. elementy.ru