هل تعرف صوت النباتات؟

صوتيات النبات

Plant bioacoustics

تشير الأصوات الحيوية النباتية إلى إنشاء موجات صوتية بواسطة النباتات. تم توثيق الانبعاثات الصوتية المقاسة من قبل النباتات وكذلك معدلات الإنبات التفاضلية ومعدلات النمو والتعديلات السلوكية استجابةً للصوت. تكتشف النباتات الجيران بوسائل أخرى غير الإشارات التواصلية الراسخة بما في ذلك المواد الكيميائية المتطايرة والكشف عن الضوء والاتصال المباشر وإشارات الجذر. نظرًا لأن الموجات الصوتية تنتقل بكفاءة عبر التربة ويمكن إنتاجها بأقل قدر من استهلاك الطاقة ، فقد تستخدم النباتات الصوت كوسيلة لتفسير بيئتها ومحيطها. تدعم الأدلة الأولية أن النباتات تخلق صوتًا في أطراف الجذور عندما تنكسر جدران الخلايا. نظرًا لأن جذور النباتات تستجيب فقط للموجات الصوتية عند الترددات التي تتطابق مع الموجات المنبعثة من النباتات نفسها ، فمن المحتمل أن النباتات يمكنها استقبال وتحويل الاهتزازات الصوتية إلى إشارات لاستنباط تعديلات سلوكية كشكل من أشكال الاتصال تحت الأرض.

يعمل التلقيح الطنيني ، أو الصوتنة ، كمثال على الاستجابة السلوكية لترددات معينة من الاهتزازات في النباتات. طور حوالي 2000 نوع من النباتات ، بما في ذلك Dodecatheon و Heliamphora ، تلقيحًا طنانًا حيث يطلقون حبوب اللقاح من الأنثرات فقط عند الاهتزاز بتردد معين تم إنشاؤه حصريًا بواسطة عضلات طيران النحل. تسبب الاهتزازات في اكتساب حبيبات حبوب اللقاح الطاقة الحركية والهروب من المسام في الأنثرات.

على غرار التلقيح الطنانة ، هناك أنواع من زهرة الربيع المسائية التي ثبت أنها تستجيب لضربات جناح النحل والأصوات ذات الترددات المماثلة من خلال إنتاج رحيق أحلى. Oenothera drummondii (زهرة الربيع المسائية على الشاطئ) هي شجيرة معمرة موطنها جنوب شرق الولايات المتحدة ، ولكنها أصبحت متجنسًا في كل قارة تقريبًا. ينمو النبات بين الكثبان الساحلية والبيئات الرملية. تم اكتشاف أن أزهار O. drummondii تنتج رحيقًا أحلى بشكل ملحوظ في غضون ثلاث دقائق عند تعرضها لضربات أجنحة النحل والأصوات الاصطناعية التي تحتوي على ترددات مماثلة. احتمالية حدوث هذا السلوك هي حقيقة أنه إذا كان النبات يشعر بوجود الملقِّح في مكان قريب ، فهناك احتمال كبير أن يكون ملقِّح آخر في المنطقة مؤقتًا. من أجل زيادة فرصة التلقيح ، يتم إنتاج رحيق يحتوي على نسبة عالية من السكر. تم الافتراض بأن الزهرة تعمل كـ "أذن" تحتوي على مستقبلات ميكانيكية على أغشية البلازما للخلايا لاكتشاف الاهتزاز الميكانيكي. آلية محتملة وراء ذلك هي تنشيط المستقبلات الميكانيكية عن طريق الموجات الصوتية ، مما يتسبب في تدفق الكالسيوم 2+ في الخلية النباتية مما يؤدي إلى إزالة الاستقطاب بسبب الترددات المحددة التي تنتجها أجنحة الملقحات ، ربما فقط كمية مميزة من الكالسيوم 2+يدخل الخلية ، والتي ستحدد في النهاية هرمونات النبات وتعبير الجينات المشاركة في تأثير المصب. أظهرت الأبحاث أن هناك جينًا شبيهًا بالكالودولين يمكن أن يكون مستشعرًا لتركيزات Ca 2+ في الخلايا ، وبالتالي فإن كميات Ca 2+ في خلية نباتية يمكن أن يكون لها تأثيرات كبيرة على استجابة المنبهات. بسبب الهرمونات والجينات المعبر عنها في بتلات الزهرة ، زاد نقل السكر إلى الرحيق بحوالي 20٪ ، مما أعطاها تركيزًا أعلى من رحيق الأزهار التي تعرضت لترددات أعلى أو لا صوت على الإطلاق. تم استخدام LDV (مقياس اهتزاز دوبلر بالليزر) لتحديد ما إذا كانت التسجيلات ستؤدي إلى اهتزاز البتلات. تم عرض سرعة البتلة استجابة لإشارة صوت نحل العسل والعثة بالإضافة إلى ردود الفعل منخفضة التردد ، ولكن ليس ردود الفعل عالية التردد. تم قياس تركيزات السكر من الرحيق قبل وبعد تعرض النباتات للصوت. لوحظت زيادة ملحوظة في تركيز السكر فقط عند تشغيل التردد المنخفض (على غرار ضربات جناح النحل) وأصوات النحل. للتحقق من أن الزهرة كانت العضو الذي يستشعر اهتزاز الملقح ، تم إجراء تجربة حيث تمت تغطية الأزهار بوعاء زجاجي ، بينما تم كشف بقية النبات. لم يظهر تركيز السكر في الرحيق أي فرق معنوي قبل وبعد تشغيل الصوت منخفض التردد. إذا كانت البتلات تتصرف مثل آذان النبات ، فيجب أن يكون هناك انتقاء طبيعي للبارامترات الميكانيكية للزهرة. يعتمد تردد الرنين على الحجم والشكل والكثافة. عند مقارنة سمات النباتات بناءً على الملقحات الخاصة بها ، يوجد نمط بين أشكال الأزهار مع الملقحات "الصاخبة". النحل والطيور والفراشات - الأزهار التي يقومون بتلقيحها تتوافق جميعها مع أزهار على شكل وعاء / أنبوبي.

تصدر المصانع انبعاثات صوتية بين 10-240 هرتز وكذلك انبعاثات صوتية فوق صوتية في نطاق 20-300 كيلو هرتز. يتم عرض الدليل على القدرات الحسية الميكانيكية للنبات عندما تتعرض الجذور لصوت أحادي الاتجاه 220 هرتز ثم تنمو لاحقًا في اتجاه مصدر الاهتزاز. باستخدام الكشف عن الاهتزازات الكهربية ، تم الكشف عن انبعاثات الموجات الصوتية المنظمة على طول منطقة استطالة أطراف جذور نباتات الذرة في شكل نقرات عالية ومتكررة. عندما يتم عزل النباتات عن الاتصال ، وتبادل الإشارات الكيميائية والضوء مع النباتات المجاورة ، فإنها لا تزال قادرة على استشعار جيرانها واكتشاف الأقارب من خلال آليات بديلة ، من بينها يمكن أن تلعب الاهتزازات الصوتية دورًا مهمًا. علاوة على ذلك ، تم الكشف عن انبعاثات صوتية بالموجات فوق الصوتية (الإمارات العربية المتحدة) في مجموعة من المصانع المختلفة والتي تنتج عن انهيار أعمدة المياه تحت ضغط عالٍ.  تظهر دراسات الإمارات العربية المتحدة ترددات مختلفة للانبعاثات الصوتية بناءً على وجود ظروف الجفاف أم لا. لا يُعرف ما إذا كانت النباتات تستخدم الإمارات العربية المتحدة كآلية اتصال أم لا.

على الرغم من أن الآليات الواضحة التي يتم من خلالها إنشاء واكتشاف الانبعاثات الصوتية في النباتات غير معروفة ، إلا أن هناك نظريات تلقي الضوء على الآليات الممكنة. الاهتزازات الميكانيكية التي تسببها أغشية الخلايا المشحونة والجدران هي الفرضية الرائدة لتوليد الانبعاثات الصوتية. الميوسينات والأنزيمات الكيميائية الميكانيكية الأخرى التي تستخدم الطاقة الكيميائية في شكل ATP لإنتاج اهتزازات ميكانيكية في الخلايا قد تساهم أيضًا في توليد الموجات الصوتية في الخلايا النباتية. قد تؤدي هذه الآليات إلى تذبذبات ميكانيكية نانوية شاملة لمكونات الهيكل الخلوي ، والتي يمكن أن تولد اهتزازات منخفضة وعالية التردد.