Kiedy rośliny się stresują, ćmy słuchają. Cichy język zmienia ekosystemy

Świat roślin uchodzi za królestwo ciszy, ale to tylko pozór. Badania zespołu z Uniwersytetu w Tel Awiwie wykazały, że rośliny emitują ultradźwięki, gdy doświadczają stresu, na przykład z powodu suszy lub uszkodzenia łodygi. Te dźwięki, o częstotliwości 40-80 kiloherców, są niesłyszalne dla człowieka, ale mogą je odbierać owady, nietoperze i niektóre ssaki.

"To trochę jak dźwięk pękającego popcornu" mówi prof. Lilach Hadany, biolog ewolucyjna i współautorka badań, w rozmowie z "Nature". "To nie śpiew, ale wyraźny sygnał fizjologiczny".

W dobrze kontrolowanych warunkach badacze rejestrowali kliknięcia pomidorów i tytoniu, szczególnie intensywne po dwóch dniach bez wody, nawet 50 razy na godzinę. Dla porównania: zdrowe rośliny "klikają" mniej niż raz na godzinę.

Najbardziej przełomowe okazało się jednak to, że niektóre zwierzęta reagują na te dźwięki. W eksperymencie przeprowadzonym w Tel Awiwie samice ćmy Spodoptera littoralis unikały składania jaj na roślinach emitujących dźwięki stresu, nawet jeśli wyglądały one na zdrowe.

"To pierwsze w historii potwierdzenie, że zwierzę reaguje na dźwięki wytwarzane przez roślinę" powiedział prof. Yossi Yovel z Tel Aviv University w rozmowie z BBC News.

W eksperymencie samicom podsunięto dwa zdrowe pomidory: jeden emitował wcześniej nagrane dźwięki stresu, drugi był "milczący". Ćmy niemal zawsze wybierały ten drugi. Dla samicy to decyzja kluczowa: od miejsca złożenia jaj zależy przeżycie jej potomstwa.

"Całe jej potomstwo rozwija się na jednej wybranej roślinie. To musi być szybka i trafna decyzja" wyjaśniła dr Rya Seltzer, współautorka badania, w rozmowie z "New York Times".

Rośliny nie mają strun głosowych ani płuc, ale ich dźwięki to efekt zjawiska fizycznego zwanego kawitacją. W ksylemie, naczyniach transportujących wodę, przy dużym napięciu powstają i pękają pęcherzyki powietrza, generując krótkie kliknięcia. Zjawisko nasila się w czasie suszy lub przy mechanicznym uszkodzeniu.

"To jakby system rur wodociągowych próbował coś powiedzieć. Ale to nie znaczy, że rury mają intencje" komentuje dr Carlos Vicient z Centrum Badań Genomiki Rolniczej w Barcelonie na łamach "The Guardian".

Jednak brak intencji nie wyklucza biologicznego znaczenia. W naturze wiele sygnałów, zapachowych, dotykowych, dźwiękowych, powstaje przypadkiem, a mimo to może być wykorzystywane przez inne organizmy. Gdy przynosi to korzyść, ewolucja może utrwalić zarówno ich emisję, jak i odbiór.

Jeszcze niedawno pytanie to wydawało się absurdalne. Ale kolejne badania pokazują, że niektóre rośliny także potrafią reagować na dźwięki. Wieczornik nadmorski (Oenothera drummondii) zwiększa produkcję słodszego nektaru w odpowiedzi na dźwięk skrzydeł pszczoły. W innych eksperymentach dźwięki wpływały na kiełkowanie, wzrost i dojrzewanie roślin.

"To zupełnie nowe, wciąż niezbadane pole - świat czekający na odkrycie" - mówi prof. Hadany.

Niektóre siewki lepiej przetrwały suszę w obecności białego szumu, a korzenie grochu potrafiły rosnąć w stronę dźwięku płynącej wody. To wskazuje, że dźwięk może być realnym źródłem informacji dla roślin.

Zespół Hadany opracował model uczenia maszynowego, który z ok. 70% skutecznością rozpoznaje po dźwięku, czy roślina została poddana stresowi. W testach w szklarni, mimo hałasu wentylatorów, mikrofony wciąż rejestrowały kliknięcia.

"To może zrewolucjonizować rolnictwo precyzyjne" mówi prof. Yovel. "Rośliny mówią nam, że są spragnione. Trzeba tylko ich posłuchać."

Zamiast mierzyć wilgotność gleby lub obserwować zwiędnięte liście, wystarczy słuchać. Co więcej, monitorowanie dźwięków może pomóc zapobiegać utracie plonów, reagując na stres roślin zanim pojawią się widoczne symptomy.

Na razie wiadomo, że ćmy słyszą i reagują. Ale autorzy badań przypuszczają, że takich przypadków może być więcej. Nietoperze, myszy i inne owady także odbierają ultradźwięki i mogą wykorzystywać te informacje przy wyborze miejsc schronienia, żerowania czy składania jaj.

"To dopiero początek. Możliwe, że istnieje cała sieć akustycznych zależności między roślinami i zwierzętami" podkreśla Hadany.

Marc Holderied, profesor biologii sensorycznej z University of Bristol, ocenia: "To ekscytujące i pobudzające do refleksji: rośliny, które informują o swoim stresie. Nikt się tego nie spodziewał".

Jednocześnie zaznacza, że choć dźwięki są produktem ubocznym stresu, inne organizmy mogą je wykorzystywać na swoją korzyść, i to wystarczy, by miały znaczenie ekologiczne.

Rośliny nie "mówią" do siebie w ludzkim sensie. Nie mają intencji ani świadomości. Ale wiele procesów fizycznych zachodzących w ich ciałach generuje sygnały, które inne organizmy potrafią odczytać. To wystarczy, by wpłynąć na relacje w ekosystemie.

"To, że system generuje dźwięk, nie oznacza, że chce się komunikować, ale nie znaczy też, że inni nie mogą go zinterpretować" komentuje Stuart Thompson, biochemik roślin z University of Westminster.

Ewolucja nie potrzebuje celowości, wystarczy, że sygnał jest powtarzalny i przynosi korzyść jego odbiorcy.

Rośliny okazują się znacznie bardziej aktywne, dynamiczne i złożone, niż dotąd sądzono. Reagują na światło, dotyk, zapach i - jak pokazują nowe badania - także na dźwięki. Bioakustyka roślin, jeszcze kilka lat temu traktowana z pobłażaniem, staje się coraz bardziej obiecującą dziedziną.

"Nie odkryto jeszcze uszu u roślin, ale one z pewnością reagują na bodźce mechaniczne. Może warto poszukać receptorów ultradźwięków w ich tkankach" - sugeruje prof. Holderied.

Kolejne badania mają sprawdzić, jak powszechna jest ta zjawiskowa sieć dźwiękowych zależności. Czy inne rośliny reagują na "krzyki" sąsiadów? Czy zwierzęta potrafią z nich odczytać kondycję środowiska? Czy da się wykorzystać te sygnały w rolnictwie, ekologii, a może i medycynie?

Jedno jest pewne: świat roślin, dotąd uważany za niemy, zaczyna przemawiać - a niektóre zwierzęta już od dawna go słuchają.