Växtbioakustik

Växtbioakustik avser skapandet av ljudvågor av växter. Uppmätta ljudemissioner från växter såväl som differentiella groningshastigheter, tillväxthastigheter och beteendeförändringar som svar på ljud är väl dokumenterade. Växter upptäcker grannar med andra medel än väletablerade kommunikativa signaler inklusive flyktiga kemikalier, ljusdetektering, direktkontakt och rotsignalering. Eftersom ljudvågor färdas effektivt genom marken och kan produceras med minimal energiförbrukning, kan växter använda ljud som ett sätt att tolka sin miljö och sin omgivning. Preliminära bevis stöder att växter skapar ljud i rotspetsar när cellväggar går sönder. Eftersom växtrötter bara reagerar på ljudvågor vid frekvenser som matchar vågor som emitteras av växterna själva, är det troligt att växter kan ta emot och omvandla ljudvibrationer till signaler för att framkalla beteendeförändringar som en form av kommunikation under marken.

Buzz pollination , eller sonikering, fungerar som ett exempel på ett beteendemässigt svar på specifika frekvenser av vibrationer i växter. Cirka 2000 växtarter, inklusive Dodecatheon och Heliamphora , har utvecklat surrpollinering där de släpper pollen från ståndarknappar endast när de vibreras med en viss frekvens skapad uteslutande av biets flygmuskler. Vibrationerna gör att pollengranulat får rörelseenergi och flyr från porerna i ståndarknapparna.

I likhet med surrpollinering finns det en art av nattljus som har visat sig svara på bivingsslag och ljud av liknande frekvenser genom att producera sötare nektar. Oenothera drummondii (nattnattljus) är en perenn subbuske infödd i sydöstra USA, men har blivit naturaliserad på nästan alla kontinenter. Växten växer bland kustdyner och sandiga miljöer. Det har upptäckts att O. drummondii -blommor producerar betydligt sötare nektar inom tre minuter när de utsätts för bivingslag och konstgjorda ljud som innehåller liknande frekvenser. En möjlighet för detta beteende är det faktum att om växten kan känna av när en pollinatör är i närheten, är det stor sannolikhet att en annan pollinator kommer att vara i området tillfälligt. För att öka chansen för pollinering produceras nektar med högre sockerkoncentration. Det har antagits att blomman fungerar som "örat" som innehåller mekanoreceptorer på cellernas plasmamembran för att upptäcka mekanisk vibration. En möjlig mekanism bakom detta är aktiveringen av mekanoreceptorer av ljudvågor, vilket orsakar ett flöde av Ca ²⁺ in i växtcellen vilket gör att den depolariseras. På grund av de specifika frekvenser som produceras av pollinatörernas vingar, kanske bara en distinkt mängd Ca ^{2 +} kommer in i cellen, vilket i slutändan skulle bestämma växthormonerna och uttrycket av gener involverade i nedströmseffekten. Forskning har visat att det finns en calmodulin-liknande gen som kan vara en sensor för Ca ²⁺ koncentrationer i celler, därför kan mängder av Ca ²⁺ i en växtcell ha betydande effekter på svaret från ett stimuli. På grund av de hormoner och gener som uttrycks i blommans kronblad ökade transporten av socker in i nektarn med cirka 20 %, vilket gav den en högre koncentration än jämfört med nektarn av blommor som exponerades för högre frekvenser eller inget ljud vid Allt. En LDV (Laser Doppler-vibrometer) användes för att avgöra om inspelningarna skulle resultera i vibrationer av kronbladen. Kronbladshastigheten visades som svar på en ljudsignal från honungsbi och mal samt lågfrekventa återkopplingar, men inte högfrekventa återkopplingar. Sockerkoncentrationer av nektar mättes före och efter att plantorna exponerades för ljud; signifikant ökning av sockerkoncentrationen observerades endast när lågfrekventa (liknande bivingslag) och biljud spelades. För att validera att blomman var det organ som kände av pollinatörens vibration, kördes ett experiment där blommorna täcktes med en glasburk, medan resten av plantan exponerades. Sockerkoncentrationen av nektar visade ingen signifikant skillnad före och efter det lågfrekventa ljudet spelades. Om kronblad fungerar som öronen på växten, måste det finnas naturligt urval på blommans mekaniska parametrar. Dess resonansfrekvens beror på storlek, form och densitet. När man jämför växternas egenskaper baserat på deras pollinatörer, finns det ett mönster mellan formerna på blommor med "bullriga" pollinatörer. Bin, fåglar och fjärilar – blommorna de pollinerar motsvarar alla att de har skålformade/rörformade blommor.

Anläggningar avger ljudakustiska emissioner mellan 10–240 Hz såväl som ultraljuds akustiska emissioner (UAE) inom 20–300 kHz. Bevis för växtmekanosensoriska förmågor visas när rötter utsätts för enkelriktat 220 Hz ljud och sedan växer i riktning mot vibrationskällan. Med hjälp av elektrografisk vibrationsdetektion detekterades strukturerade ljudvågemissioner längs förlängningszonen av rotspetsar hos majsväxter i form av höga och frekventa klick. När växter är isolerade från kontakt-, kemikalie- och ljussignalutbyte med närliggande växter kan de fortfarande känna av sina grannar och upptäcka släktingar genom alternativa mekanismer, bland vilka ljudvibrationer kan spela en viktig roll. Dessutom har ultraljuds akustiska emissioner (UAE) upptäckts i en rad olika anläggningar som är resultatet av kollapsande vattenpelare under hög spänning. UAE-studier visar olika frekvenser av ljudemissioner baserat på om det råder torka eller inte. Huruvida UAE används av växter som en kommunikationsmekanism är inte känt.

Även om de explicita mekanismer genom vilka ljudemissioner skapas och upptäcks i växter inte är kända, finns det teorier som belyser möjliga mekanismer. Mekaniska vibrationer orsakade av laddade cellmembran och väggar är en ledande hypotes för generering av akustiska emissioner. Myosiner och andra mekanokemiska enzymer som använder kemisk energi i form av ATP för att producera mekaniska vibrationer i celler kan också bidra till ljudvågsgenerering i växtceller. Dessa mekanismer kan leda till övergripande nanomekaniska svängningar av cytoskelettkomponenter, vilket kan generera både låg- och högfrekventa vibrationer.