گیاهان گوش ندارند اما می‌شنوند!

به گزارش خبرنگار علم و فناوری آنا، دانشمندان از دهه ۱۹۶۰ روی پخش صدا برای گیاهان آزمایش‌های فراوانی انجام داده‌اند و در این مدت گیاهان را در معرض همه صدا‌ها از جمله موسیقی بتهوون تا مایکل جکسون قرار داده‌اند و در طول این سال‌ها شواهدی که نشان می‌دهد، این صدا‌ها روی رشد گیاهان تاثیر دارد، روز به روز در حال افزایش است. گیاهان به صدا‌ها واکنش نشان می‌دهند و حتی شاید خودشان هم صدا تولید می‌کنند.

در این راستا، مقاله‌ای در سال ۲۰۱۸ منتشر شد که ادعا می‌کرد درختچه‌ای آسیایی که به نام گیاه «تلگراف» شناخته می‌شود، زمانی که در معرض ۵۶ روز آواز‌های بودایی قرار می‌گرفت، برگ‌های بزرگ‌تری می‌داد، اما زمانی که در معرض موسیقی پاپ غربی یا سکوت قرار می‌گرفت، برگ‌هایش کوچک‌تر بود.

مقاله دیگری نیز سال گذشته منتشر شد که آن هم نشان می‌داد گل همیشه بهار و گیاهان مریم گلی که در معرض سر و صدای ترافیک یک بزرگراه شلوغ قرار می‌گیرند، رشدشان متوقف می‌شود و طیف وسیعی از ترکیبات مربوط به استرس را تولید می‌کنند.

تحقیقات دیگری که بیشتر آن در چین انجام شده است، گزارش می‌دهد که فرکانس‌های خاصی که در محیط‌های کنترل‌شده صوتی مانند گلخانه‌ها پخش می‌شوند، بر جوانه‌زنی بذر تأثیر می‌گذارند و حتی عملکرد محصول را افزایش می‌دهند. این تحقیق نشان می‌دهد که گیاهان نیز می‌توانند صدا تولید کنند، البته نه عمدا.

در اوائل سال جاری نیز گروهی از محققان گزارش دادند که چندین گونه از گیاهان در پاسخ به تنش‌های مختلف صدا‌های مختلفی از خود ساطع می‌کنند؛ البته نه در فرکانس‌هایی که انسان بتواند بشنود.

شاید از نظر بعضی‌ها همه این موارد عجیب برسند، اما یک مساله کاملا درست است؛ اینکه صدا حاوی اطلاعات مفیدی در مورد محیطی است که موجود زنده در آن زندگی می‌کند و از نقطه نظر تکامل، هیچ دلیلی وجود ندارد که انتظار داشته باشیم این اطلاعات فقط مختص انسان و حیوانات است.
من ارتعاشات بد دریافت می‌کنم

صد‌ها میلیون سال است که گیاهان در کنار حشراتی تکامل یافته‌اند که آن‌ها را گرده‌افشانی می‌کنند یا از آن‌ها تغذیه می‌کنند. «هایدی اپل» (Heidi Appel)، گیاه‌شناس دانشگاه هیوستون و «رجینالد کوکرافت» (Reginald Cocroft)، حشره‌شناس دانشگاه میسوری با در نظر گرفتن این موضوع، به این فکر کردند که آیا گیاهان ممکن است به صدا‌های تولید شده توسط حیواناتی که اغلب با آن‌ها تعامل دارند، حساس باشند یا خیر؟

از این رو، ارتعاشات ایجاد شده توسط گونه‌های خاصی از کرم‌ها را هنگام جویدن برگ‌ها ثبت کردند. این ارتعاشات به اندازه‌ای که بتوانند امواج صوتی در هوا تولید کنند قدرتمند نیستند، اما در صورت تماس شاخ و برگ می‌توانند ارتعاشات خود را منتقل کنند.

محققان سپس گیاهی با نام «رشادی گوش‌موشی» را در معرض ارتعاشات ثبت شده قرار دادند؛ در صورتی که در واقع هیچ کرمی روی این گیاه وجود نداشت. رشادی گوش‌مشی یک گیاه گل‌دار کوچک و بومی اروپا، آسیا و شمال‌غربی آفریقا و نخستین گیاهی است که نقشه ژنی آن توالی‌یابی شده و در پژوهش‌های گیاه‌شناسی، زیست‌شناسی مولکولی و ژنتیک دارای اهمیت بالایی است. گاهی آن را نسخه موش آزمایشگاهی برای زیست‌شناسان گیاهی می‌خوانند.

محققان پس از انجام آزمایش اول، کرم‌های واقعی را روی گیاهان گذاشتند. نتایج قابل توجه بود. برگ‌های گیاهانی که قبلا در معرض صدای ثبت شده قرار گرفته بودند به میزان قابل توجهی سطوح بالاتری از مواد شیمیایی دفاعی مانند «گلوکوزینولات»‌ها و «آنتوسیانین»‌ها ترشح کردند که خوردن برگ‌ها را برای کرم‌ها سخت‌تر می‌کرد؛ اما برگ‌های گیاهانی که در معرض ارتعاشات قرار نگرفته بودند، چنین واکنشی نشان ندادند.

اپل و کوکرافت یافته‌های خود را در سال ۲۰۱۴ منتشر کردند، ولی از آن زمان تاکنون بار‌ها در رشادی گوش‌موشی و گیاه تنباکو، یکی دیگر از ارگانیسم‌های معمول آزمایشگاهی، و با انواع کرم‌ها این آزمایش‌ها را تکرار کردند. در حالی که ارتعاشات ایجاد شده توسط حشرات مختلف که برگ‌های مختلف را می‌جوند متفاوت است، گیاهان مورد بحث به طور مداوم می‌توانند آن‌ها را به عنوان یک تهدید تشخیص دهند و بر این اساس از خود دفاع کنند.

در سال ۲۰۱۹، محققان نگاه دقیق‌تری به این کردند که دقیقاً از نظر بیوشیمیایی، در گیاهان در معرض صدا‌های جویدن چه می‌گذرد. بسیاری از مواد شیمیایی که برای مقابله با حملات حشرات آزاد می‌شوند، همان موادی هستند که برای تحمل بهتر هوای سرد تولید می‌شوند. این دو محقق پیشنهاد می‌کنند که هر دو موقعیت مسیر‌های سیگنالینگ مشابه مرتبط با استرس را فعال می‌کنند.

این تحقیق ممکن است پیامد‌های عملی نیز داشته باشد. کوکرافت می‌گوید: پهپاد‌های مجهز به بلندگو‌ها و فایل‌های صوتی مناسب می‌توانند به محصولات زراعی هشدار دهند که در صورت شناسایی آفاتی که هنوز گسترده نشده‌اند، واکنش نشان دهند. برخلاف آفت‌کش‌های شیمیایی، امواج صوتی هیچ اثر سمی باقی نمی‌گذارند. این سیستم با کمک پیش‌بینی آب و هوا، حتی می‌تواند برای آماده سازی محصولات زراعی برای سرماخوردگی استفاده شود.

اگر از نظر تکاملی منطقی باشد که برخی از گیاهان قادر به شنیدن صدای حشرات هستند، به همان اندازه منطقی خواهد بود که بتوانند منبع پر سروصدایی را که همه گیاهان به آن متکی هستند، بشنوند؛ مثل صدای آب. «مونیکا گاگلیانو» (Monica Gagliano)، بوم‌شناس دانشگاه استرالیای غربی در سال ۲۰۱۷ شواهدی را منتشر کرد که نشان می‌دهد گیاهان قادر به شنیدن صدای آب هم هستند.

گاگلیانو با توجه به تحقیقات قبلی می‌دانست که ریشه‌های گیاهان حتی به مقدار کمی آب در خاک حساس هستند و به شدت از گرادیان‌های رطوبتی پیروی می‌کنند. اما به نظر می‌رسید که گیاهان می‌توانند ریشه‌ها را به آب مجاور بفرستند، حتی زمانی که خاک در مجاورت آن خشک است. گاگلیانو این فرضیه را مطرح کرد که ریشه‌ها ممکن است آب‌های زیرزمینی را با صدا تشخیص دهند و از این رو، نظریه خود را روی گیاهان نخود آزمایش کرد.

در این آزمایش، گیاهان در گلدان‌هایی با پایه‌های چنگال‌دار رشد کردند که هر کدام می‌تواند با خاک خشک یا مرطوب پر شود. همانطور که انتظار می‌رفت، ریشه‌ها نسبت به وجود رطوبت بسیار حساس بودند و به راحتی به سمت آن رشد کردند. سپس گاگلیانو یک پیچ و تاب به این گلدان اضافه کرد. برخی از چنگال‌ها با لوله‌های پلاستیکی پر از آب احاطه شده بودند که صدا‌های آب ایجاد می‌کردند، اما برای ریشه‌ها غیرقابل دسترس باقی می‌ماند. وقتی جایگزین لوله‌ای پر از خاک خشک بود، آن صدا‌ها به اندازه خود آب برای ریشه‌های در حال رشد فریبنده بود.

گاگلیانو و همکارانش که مجذوب این آزمایش شده بودند، بلندگو‌های کوچکی را در پایه‌های برخی از لوله‌ها قرار دادند و صدای ضبط شده آب، نویز سفید یا سکوت را پخش کردند. به طرز جالبی به نظر می‌رسید که گیاهان می‌توانند بفهمند که فریب خورده‌اند. حتی زمانی که خاک آن‌ها خشک شده بود، تقریباً همه ترجیح دادند که دور از بلندگو رشد کنند. تنها زمانی متقاعد می‌شدند به سمت یک بلندگو رشد کنند که مجبور به انتخاب بین دو بلندگو شوند، در این صورت صدایی را انتخاب کردند که صدا‌های آب پخش می‌کرد.

گاگلیانو هنوز در مورد این آزمایش تردید دارد و معتقد است که شاید آهنربا‌های کوچک موجود در بلندگو‌ها مسئول چنین رفتاری در گیاهان هستند؛ زیرا چندین مقاله قدیمی نشان داده بود که گیاهان می‌توانند میدان‌های مغناطیسی را تشخیص دهند.

با این حال، یافته‌ها نشان می‌دهد که در غیاب رطوبت خاک، گیاهان نخود می‌توانند صدای آب را در لوله‌ها تشخیص دهند و آن را تا منبع دنبال کنند. ریشه‌های گیاهی عامل بزرگی برای آسیب به سیستم‌های فاضلاب در سراسر جهان هستند. در آلمان، هزینه سالانه حذف ریشه و تعمیر لوله مربوطه حدود ۳۰ میلیون دلار است. فرض بر این بود که این نشت آب است که ریشه‌ها را جذب کرد. اما نتایج گاگلیانو نشان می‌دهد که حتی لوله‌های ضد آب نیز ممکن است مورد حمله گیاهان قرار گیرند. او می‌گوید راه‌حل ممکن است سرمایه‌گذاری روی لوله‌هایی باشد که وقتی آب از میان آن‌ها می‌گذرد، بی‌صدا هستند.

دانشمندان دریافته‌اند که گیاهان همانطور که قادر به تشخیص صدا هستند، برخی نیز صدا تولید می‌کنند؛ البته ناخواسته. آن‌ها متوجه شدند که گاهی می‌توان گیاهان را به ارتعاش درآورد و این زمانی اتفاق می‌افتد که آن‌ها آب کافی ندارند. این امر باعث ایجاد حباب‌های هوا در آوند چوبی‌شان می‌شود؛ بافتی که آب را از ریشه به برگ‌ها می‌برد. هنگامی که حباب‌ها فرو می‌ریزند، امواج شوک کوچکی را به بافت‌های اطراف منتقل می‌کنند. کار قبلی نشان داده بود که این ارتعاشات را می‌توان با دستگاه‌هایی که به خود گیاهان چسبیده‌اند اندازه گیری کرد.

محققان گیاهان گوجه فرنگی و تنباکو را داخل جعبه‌ای قرار دادند که با میکروفون روکش شده بود. نیمی از آن آبیاری شده بود، در حالی که نیمی خشک شده بود. محققان آزمایش را با مجموعه دیگری از گیاهان تکرار کردند که نیمی از آن‌ها ساقه‌هایشان را بریده بودند و نیمی از آن‌ها آسیبی ندیده بودند.

میکروفون‌ها صدای بسیار کمی از گیاهان سالم دریافت می‌کردند، اما آن‌هایی که آب نداشتند، یا قطع شده بودند، کمی سر و صدا ایجاد کردند، البته در فرکانس‌های بسیار بالا برای شنیدن انسان. تنش‌های مختلف صدا‌های مختلفی تولید می‌کرد. زمانی که ضبط‌ها به یک الگوریتم یادگیری ماشینی داده شد، توانست صدا‌های منتشر شده از گیاهان تشنه را از گیاهان آسیب دیده تشخیص دهد.

هنگامی که آزمایش در یک گلخانه پر سر و صدا تکرار شد، محققان دریافتند که میکروفون‌ها هنوز هم می‌توانند صدا‌ها را از فاصله ۱۰ سانتی‌متری تشخیص دهند. آزمایش‌ها روی کاکتوس‌ها، ذرت، انگور و گندم نتایج مشابهی را به همراه داشت، همانطور که گیاهان گوجه‌فرنگی که از عفونت ویروس «موزاییک» رنج می‌برند، یک پاتوژن رایج که می‌تواند به محصول آسیب برساند، نتایج مشابهی داشت.

کشاورزان سلامت محصولات خود را با چشم کنترل می‌کنند؛ مثلاً ویروس موزاییک به دلیل الگوی خالدار تولید شده روی برگ گیاهان رنج‌دیده به این نام خوانده می‌شود. انجام این کار به درستی در کل مزرعه دشوار است. اما اگر گیاهان نشانه‌های شنیداری پریشانی را پخش می‌کنند، سیم‌کشی یک مزرعه با میکروفون ممکن است به کشاورزان کمک کند تا از مشکلات مراقبت کنند.

اینکه گیاهان در دنیایی پر از صدا زندگی می‌کنند، دیگر شکی باقی نگذاشته است. اما سوالات زیادی باقی می‌ماند. یکی تأثیر تمدن بشری است. معروف است که غوغای زندگی شهری صدای پرندگان را سخت‌تر می‌کند و حیوانات را مجبور می‌کند با صدای بلندتر آواز بخوانند. از آنجایی که آب جاری، کرم‌های گرسنه و گیاهان رنج کشیده بسیار آرام هستند، به نظر می‌رسد ارزش بررسی اینکه آیا گیاهان با مشکلات مشابهی روبه‌رو هستند یا خیر، بسیار مهم است.