Krakowscy i wrocławscy naukowcy podsłuchują rośliny

Naukowcy z Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie i z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu sprawdzają, czy rośliny wydają odgłosy w sytuacjach dla nich stresowych, np. niedoboru wody, nadmiernego przesuszenia albo ataku szkodników.

Rośliny wydają dźwięki o częstotliwościach niesłyszalnych dla ludzkiego ucha, dlatego akustycy z AGH przy użyciu specjalistycznych, czułych na ultradźwięki mikrofonów próbują rejestrować odgłosy emitowane przez rośliny.

Dane dostarczane przez akustyków mogą w niedalekiej przyszłości być wsparciem dla sadowników oraz podnieść jakość uprawianych roślin.

„Tego typu badania uznajemy za innowacyjne, a wyniki mogą nam pomóc m.in. w badaniach nad stresem roślin wywoływanym przez czynniki fizjologiczne – takie jak niedobór wody, nadmierna temperatura, niedostatek składników pokarmowych, jak również tymi spowodowanym przez choroby i szkodniki. W produkcji ogrodniczej szybkie, a w tym wypadu również bezinwazyjne rozpoznanie problemu determinuje skuteczność działań podejmowanych przez producentów” – powiedział dr inż. Janusz Mazurek z Katedry Ogrodnictwa UPWr, cytowany w komunikacie AGH.

Pierwszy i drugi etap badań już się zakończył. Planowane są kolejne.

W pierwszym etapie akustycy z AGH rejestrowali odgłosy emitowane przez rośliny w szklarni Ośrodka Zaawansowanych Technologii Produkcji Ogrodniczej Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu. W drugim etapie rośliny podsłuchiwane były w komorze bezechowej Laboratorium Akustyki Technicznej w AGH w Krakowie.

We wrocławskiej szklarni naukowcy próbowali wychwycić dźwięki sadzonek pomidorów, które przy odpowiednich warunkach szybko rosną. Badane pomidory osiągały do 30 cm na tydzień. „Pomiary w szklarni pokazały, że faktycznie rośliny emitowały impulsy w ultradźwiękach i ich częstotliwość zmieniała się w zależności od pory dnia. Więcej impulsów rośliny generowały w ciągu dnia” – zauważył dr inż. Bartłomiej Chojnacki z Laboratorium Akustyki Technicznej AGH.

Dźwięki generowane przez rośliny to tzw. hałas impulsowy, który – jak wyjaśniają akustycy – jest łatwy do odróżnienia od np. hałasu stałego generowanego przez oświetlenie, sprzęt czy ludzi. Zatem wyniki pozyskane z pomiarów z wrocławskich szklarni potwierdzają nieliczne dotychczasowe badania na roślinach (wyniki badań przeprowadzonych na roślinach opublikował zespół z Uniwersytetu w Tel Awiwie).

Pomiary w komorze bezechowej AGH prowadzone były w już w warunkach kontrolowanych przez człowieka. Tu wykorzystano mikrofony do zastosowań bioakustycznych. Dzięki takiemu sprzętowi naukowcy są w stanie rejestrować dźwięki powyżej 200 kHz (kiloherców). Zakres pomiarowy sprzętu pozwala tym samym eksperymentować z różnymi roślinami, które emitują impulsy dźwiękowe na różnych częstotliwościach. Badane pomidory hałasowały w zakresie 20-50 kHz.

„Jednak już np. zboża czy winorośl wymaga całkiem innego sprzętu o dużo większej czułości na ultradźwięki i szerszego zakresu częstotliwości. Zgodnie ze znaną nam literaturą rośliny te emitują impulsy w zakresie 80-150 kHz” – zwrócił uwagę Bartłomiej Chojnacki.

Badania w komorze bezechowej AGH trwały kilka tygodni. Naukowcy umieścili roślinę w kontrolowanym środowisku akustycznym o poziomie tła akustycznego poniżej 0 dB (decybeli) i braku dodatkowych odbić dźwięku, a następnie rozmieścili wokół rośliny 8 specjalistycznych mikrofonów. W ten sposób, oprócz samej rejestracji sygnału, mogli sprawdzić także kierunkowości dźwięku, to znaczy kierunku, w jakim dźwięk jest emitowany. „To stanowi novum w dotychczasowych badaniach nad dźwiękami emitowanymi przez rośliny. Na podstawie tak prowadzonych badań możliwe będzie ustalenie, który element rośliny emituje dźwięk, a następnie szczegółowa analiza jego pochodzenia” – wyjaśnił Chojnacki.

Przebadano kilka sadzonek, najpierw podtrzymując odpowiednie nawożenie i podlewanie w celu uzyskania danych kontrolnych, a następnie przesuszając roślinę, aż do jej całkowitego wysuszenia.

Wstępna analiza danych pozyskanych z pomiarów w AGH wskazuje, że podobnie jak w szklarniach pomidory emitowały impulsy dźwiękowe na poziomie 30-50 kHz. Intensyfikacja impulsów następowała w momencie, kiedy roślina była przesuszona.

Naukowcy z AGH zwrócili uwagę, że badania akustyczne mogłyby znaleźć zastosowanie w zyskujących na popularności hodowlach kontrolowanych roślin. Oprócz danych związanych z wilgotnością czy temperaturą otoczenia hodowcy mogliby na podstawie sygnału bezpośrednio od rośliny decydować o wzmocnieniu nawożenia, intensywniejszym podlewaniu czy ochronie przed szkodnikami, bez fizycznej obecności na miejscu.

Zobacz także