Ученые MIT выяснили, что растения слышат звук дождя и начинают быстрее прорастать

Новое исследование, проведенное инженерами Массачусетского технологического института, показало, что растения способны воспринимать звук дождя, и для некоторых семян этот звук служит сигналом к ускоренному прорастанию. В ходе экспериментов с семенами риса ученые обнаружили, что звук падающих капель воды буквально встряхивает семена, выводя их из состояния покоя и стимулируя прорастание в более быстром темпе по сравнению с теми семенами, которые не подвергались воздействию таких звуковых вибраций. Это открытие, опубликованное в журнале Scientific Reports, представляет собой первое прямое доказательство того, что семена растений могут распознавать звуки в природе.

В своих опытах исследователи помещали семена риса в неглубокие контейнеры с водой, поскольку рис способен прорастать как в почве, так и в воде. Ученые предположили, что многие другие схожие типы семян также могут реагировать на звук дождя. Они выдвинули гипотезу, объясняющую механизм этого явления: когда капля дождя ударяется о поверхность лужи или земли, она создает звуковую волну, вызывающую вибрацию окружающей среды, включая и те семена, которые находятся на небольшой глубине под водой. Эти вибрации достаточно сильны, чтобы сместить внутриклеточные статолиты семян — крошечные органеллы, отвечающие за восприятие гравитации. Когда статолиты приходят в движение, это служит для семян сигналом к тому, чтобы начать расти и прорастать.

Как отмечает один из авторов исследования, профессор машиностроения MIT Николас Макрис, энергия звука дождя достаточна для ускорения роста семени. Ученые предположили, что звук дождя похож на вибрации, создаваемые другими природными явлениями, такими как ветер, и планируют продолжить изучение того, какие еще естественные вибрации и звуки могут воспринимать растения. Известно, что растения удивительно восприимчивы: некоторые из них захлопываются при прикосновении, другие сворачиваются при воздействии токсичных запахов, а большинство реагирует на свет. Кроме того, растения способны ощущать гравитацию, и статолиты играют в этом ключевую роль, оседая на мембране клетки и указывая направление роста корней и побегов. Если статолиты смещаются, это также может запустить ускоренный рост семени.

Исследователей заинтересовал вопрос, достаточно ли звука для встряхивания статолитов, и какие природные звуки могут быть для этого достаточно сильными. Макрис обратился к работам своих коллег из 1980-х годов, которые измеряли звук дождя под водой. Оказалось, что под водой этот звук намного громче, чем в воздухе, из-за большей плотности воды. Давление звуковых волн, создаваемых каплей дождя, на небольшом расстоянии под водой сопоставимо с давлением звука реактивного двигателя в нескольких метрах от него в воздухе. Чтобы проверить свою гипотезу, ученые провели эксперименты примерно с 8000 семян риса, помещенных в неглубокие контейнеры с водой. Часть семян подвергалась воздействию звука падающих капель, причем семена находились достаточно далеко от места падения, чтобы до них доходили только звуковые волны. Исследователи варьировали размер и высоту падения капель, имитируя легкий, умеренный и сильный дождь, и с помощью гидрофона измеряли создаваемые акустические вибрации, которые соответствовали измерениям, сделанным в реальных лужах и водоемах во время дождя.

Результаты показали, что группа семян, подвергавшихся воздействию звука дождя, прорастала на 30–40 процентов быстрее по сравнению с контрольной группой, находившейся в идентичных условиях, но без звука дождя. Кроме того, семена, расположенные ближе к поверхности воды, лучше воспринимали звук капель и росли быстрее, чем более глубоко погруженные или удаленные семена. Ученые предполагают, что в этом есть биологическое преимущество: если семя находится достаточно близко к поверхности, чтобы реагировать на звук дождя, оно, скорее всего, находится на оптимальной глубине для впитывания влаги и безопасного прорастания к поверхности.

Затем команда провела расчеты, чтобы выяснить, достаточно ли физических вибраций капель для смещения микроскопических статолитов. Учитывая размер капли и ее предельную скорость, исследователи определили амплитуду звуковой вибрации и степень смещения семян в воде или почве, а также то, как это сотрясение повлияет на статолиты внутри отдельных клеток. Эксперименты на семенах риса полностью соответствовали расчетам: звук дождя действительно способен смещать статолиты семян. Этот механизм, вероятно, лежит в основе способности растений «слышать» звук дождя и реагировать на него ускоренным ростом. Как отметил профессор Макрис, их исследование показало, что те же механизмы, которые помогают растениям ощущать гравитацию, также позволяют семенам воспринимать глубину погружения в почву или воду, благоприятную для выживания, через звук дождя.