Bioakustyka roślin
Bioakustyka roślin odnosi się do tworzenia fal dźwiękowych przez rośliny. Zmierzone emisje dźwięku przez rośliny, a także zróżnicowane tempo kiełkowania, tempo wzrostu i modyfikacje behawioralne w odpowiedzi na dźwięk są dobrze udokumentowane. Rośliny wykrywają sąsiadów za pomocą środków innych niż dobrze ugruntowane sygnały komunikacyjne, w tym lotnych chemikaliów, wykrywania światła, bezpośredniego kontaktu i sygnalizacji korzeni. Ponieważ fale dźwiękowe wydajnie przemieszczają się w glebie i mogą być wytwarzane przy minimalnym zużyciu energii, rośliny mogą wykorzystywać dźwięk jako środek do interpretacji środowiska i otoczenia. Wstępne dowody potwierdzają, że rośliny wydają dźwięk w wierzchołkach korzeni, gdy pękają ściany komórkowe. Ponieważ korzenie roślin reagują tylko na fale dźwiękowe o częstotliwościach odpowiadających falom emitowanym przez same rośliny, jest prawdopodobne, że rośliny mogą odbierać i przetwarzać wibracje dźwiękowe na sygnały, aby wywołać modyfikacje behawioralne jako formę komunikacji pod ziemią.
Buzz zapylanie lub sonikacja służy jako przykład reakcji behawioralnej na określone częstotliwości wibracji roślin. Około 2000 gatunków roślin, w tym Dodecatheon i Heliamphora , wyewoluowało zapylenie brzęczące, w którym uwalniają pyłek z pylników tylko wtedy, gdy wibrują z określoną częstotliwością, wytwarzaną wyłącznie przez mięśnie latające pszczół. Wibracje powodują, że ziarna pyłku nabierają energii kinetycznej i wydostają się z porów w pylnikach.
Podobnie jak w przypadku brzęczącego zapylania, istnieje gatunek wiesiołka, który, jak wykazano, reaguje na uderzenia skrzydeł pszczół i dźwięki o podobnych częstotliwościach, wytwarzając słodszy nektar. Oenothera drummondii (wiesiołek plażowy) to wieloletni półkrzew pochodzący z południowo-wschodnich Stanów Zjednoczonych, ale zadomowił się na prawie każdym kontynencie. Roślina rośnie wśród nadmorskich wydm i piaszczystych środowisk. Odkryto, że O. drummondii kwiaty wytwarzają znacznie słodszy nektar w ciągu trzech minut pod wpływem uderzeń skrzydeł pszczół i sztucznych dźwięków o podobnych częstotliwościach. Możliwością takiego zachowania jest fakt, że jeśli roślina może wyczuć, kiedy w pobliżu znajduje się zapylacz, istnieje duże prawdopodobieństwo, że inny zapylacz będzie chwilowo w okolicy. W celu zwiększenia szansy na zapylanie wytwarzany jest nektar o wyższym stężeniu cukru. Postawiono hipotezę, że kwiat służy jako „ucho”, które zawiera mechanoreceptory na błonach plazmatycznych komórek do wykrywania wibracji mechanicznych. Możliwym mechanizmem tego jest aktywacja mechanoreceptorów przez fale dźwiękowe, co powoduje przepływ Ca 2+ do komórki roślinnej, powodując jej depolaryzację Ze względu na specyficzne częstotliwości wytwarzane przez skrzydła owadów zapylających, być może tylko wyraźna ilość Ca 2+ dostaje się do komórki, co ostatecznie determinuje hormony roślinne i ekspresję genów zaangażowanych w dalsze procesy efekt. Badania wykazały, że istnieje gen podobny do kalmoduliny, który może być czujnikiem stężenia Ca 2+ w komórkach, a więc ilości Ca 2+ w komórce roślinnej może mieć istotny wpływ na reakcję na bodźce. Dzięki hormonom i genom wyrażanym w płatkach kwiatu transport cukru do nektaru został zwiększony o około 20%, dając mu wyższe stężenie niż w przypadku nektaru kwiatów, które były narażone na wyższe częstotliwości lub brak dźwięku w Wszystko. Zastosowano LDV (laserowy wibrometr dopplerowski) w celu określenia, czy zapisy spowodują wibracje płatków. Prędkość płatków została pokazana w odpowiedzi na sygnał dźwiękowy pszczoły miodnej i ćmy, a także sprzężenia zwrotne o niskiej częstotliwości, ale nie sprzężenia zwrotne o wysokiej częstotliwości. Stężenie cukru w nektarze mierzono przed i po wystawieniu roślin na działanie dźwięku; znaczny wzrost stężenia cukru obserwowano tylko wtedy, gdy odtwarzano dźwięki o niskiej częstotliwości (podobne do uderzeń skrzydeł pszczół) i dźwięki pszczół. Aby potwierdzić, że kwiat był narządem wyczuwającym wibracje zapylacza, przeprowadzono eksperyment, w którym kwiaty były przykryte szklanym słojem, podczas gdy reszta rośliny była odsłonięta. Stężenie cukru w nektarze nie wykazało istotnej różnicy przed i po odtworzeniu dźwięku o niskiej częstotliwości. Jeśli płatki zachowują się jak kłosy rośliny, to musi zachodzić naturalna selekcja parametrów mechanicznych kwiatu. Jego częstotliwość rezonansowa zależy od wielkości, kształtu i gęstości. Porównując cechy roślin na podstawie ich zapylaczy, można zauważyć pewien wzór między kształtami kwiatów z „hałaśliwymi” zapylaczami. Pszczoły, ptaki i motyle – wszystkie zapylane przez nie kwiaty odpowiadają kwiatom w kształcie miseczki/rurki.
Rośliny emitują emisje akustyczne w zakresie 10–240 Hz, a także ultradźwiękowe emisje akustyczne (ZEA) w zakresie 20–300 kHz. Dowody na zdolności mechanosensoryczne roślin są widoczne, gdy korzenie są poddawane jednokierunkowemu dźwiękowi o częstotliwości 220 Hz, a następnie rosną w kierunku źródła wibracji. Za pomocą elektrograficznej detekcji drgań wykryto emisje ustrukturyzowanej fali dźwiękowej wzdłuż strefy wydłużenia wierzchołków korzeni roślin kukurydzy w postaci głośnych i częstych kliknięć. Kiedy rośliny są odizolowane od wymiany sygnałów kontaktowych, chemicznych i świetlnych z sąsiednimi roślinami, nadal są w stanie wyczuwać swoich sąsiadów i wykrywać krewnych za pomocą alternatywnych mechanizmów, wśród których wibracje dźwiękowe mogą odgrywać ważną rolę. Ponadto w szeregu różnych roślin wykryto ultradźwiękowe emisje akustyczne (UAE), które powstają w wyniku zapadania się słupów wody pod wysokim napięciem. Badania ZEA pokazują różne częstotliwości emisji dźwięku w zależności od tego, czy występują warunki suszy. Nie wiadomo, czy ZEA są wykorzystywane przez rośliny jako mechanizm komunikacji.
Chociaż wyraźne mechanizmy powstawania i wykrywania emisji dźwięku w roślinach nie są znane, istnieją teorie, które rzucają światło na możliwe mechanizmy. Drgania mechaniczne powodowane przez naładowane błony komórkowe i ściany to wiodąca hipoteza dotycząca emisji akustycznej. Miozyny i inne enzymy mechanochemiczne, które wykorzystują energię chemiczną w postaci ATP do wytwarzania drgań mechanicznych w komórkach, mogą również przyczyniać się do generowania fal dźwiękowych w komórkach roślinnych. Mechanizmy te mogą prowadzić do ogólnych nanomechanicznych oscylacji elementów cytoszkieletu, które mogą generować wibracje zarówno o niskiej, jak i wysokiej częstotliwości.