Planter udsender målbare lyde under akut tørke

I en undersøgelse offentliggjort den 30. marts 2023 i det videnskabelige tidsskrift Cell har forskere fra Tel Aviv Universitet dokumenteret, at planter udsender kliklyde i ultralydsspektret ved fysiologisk pres. Målingerne viser, at akustiske vibrationer forplantes gennem luften, når vegetationen oplever akut tørke eller mekanisk beskadigelse i vækstfasen.

Forskerholdet isolerede tomat- og tobaksplanter i specialkonstruerede, akustisk dæmpede kamre for at eliminere baggrundsstøj fra omgivelserne. Mikrofoner med høj følsomhed opfangede frekvenser mellem 20 og 100 kilohertz, som ligger markant over den menneskelige høregrænse på 20 kilohertz. Kontrolmålinger i et traditionelt drivhus viste, at lydene også kunne detekteres i støjende miljøer.

Resultaterne påviste en klar variation i emissionsmønstrene afhængigt af planternes fysiologiske status. Mens sunde og velvandede planter udsendte færre end én lyd pr. time, producerede de dehydrerede eksemplarer mellem 30 og 50 kliklyde i timen. Dataene dokumenterer således, at den akustiske intensitet afspejler intensiteten af den fysiologiske vandmangel i plantekroppen.

Professor Lilach Hadany, som ledede det tværfaglige studie ved Tel Aviv Universitet, beskrev observationerne således: ‘Even in a quiet field, there are actually sounds that we don’t hear, and those sounds carry information.’ Forskernes registreringer tyder på, at planternes biofysiske respons er langt mere dynamisk, end biologer hidtil har kunnet fastslå med klassiske metoder.

Fysisk forklares fænomenet primært ved kavitation i xylem, som udgør planternes indre rørsystem til vandtransport. Når vandforsyningen svigter, opstår der et kraftigt undertryk i ledningsstrengene, hvilket medfører dannelse og pludseligt sammenfald af mikroskopiske gasbobler. Processen minder i praksis om det smæld, der frembringes, når bobleplast klemmes sammen og sprænges med fingrene.

Ved hjælp af computermodeller og maskinlæring kunne forskerne identificere specifikke akustiske signaturer for forskellige typer af traumer. Algoritmerne opnåede en træfsikkerhed på 84 procent ved klassificering af henholdsvis tørkestress, snitskader og kontrolforhold. Hver skadetype frembringer således en særskilt profil af frekvenser, lydstyrke og tidsintervaller mellem de enkelte impulser.

En logisk følgevirkning af denne sammenhæng mellem akustisk frekvens og væsketab er, at sensorer kan anvendes til præcis styring af kunstvanding. Ligesom en fløjtekedel advarer om kogende vand før kedlen koger tør, kan ultralydssensorer registrere planternes interne vandmangel, flere dage før de første visuelle tegn som slappe blade optræder i marken.

Opdagelsen åbner ligeledes for nye hypoteser inden for økologisk adfærdsbiologi. Mange insekter, herunder natsværmere, samt visse gnavere besidder et høreapparat, der kan opfange de pågældende frekvenser over korte afstande på op til fem meter. Det er derfor sandsynligt, at dyr i naturen benytter disse akustiske signaler til at vurdere vegetations sundhed før æglægning eller fødesøgning.

Fremtidige undersøgelser skal belyse, om andre afgrøder som hvede, majs og vinranker udsender tilsvarende akustiske spor under tørkeforhold. Hvis mønstret er universelt på tværs af plantearter, vil teknologien kunne integreres i landbrugstekniske kontrolsystemer. Dette kan reducere vandforbruget markant ved at målrette vanding præcist til de zoner, hvor planterne reelt udviser akustisk stress.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er kavitation i planters ledningsvæv?

Kavitation er en fysisk proces, hvor væskestrengen i plantens ledningsvæv brydes på grund af undertryk, så der opstår en luftboble, som midlertidigt blokerer vandtransporten.

Kan menneskeøret opfange ultralyd fra vegetation?

Nej, menneskets høregrænse stopper normalt ved cirka 20 kilohertz, mens planternes akustiske emissioner ligger i frekvensområdet mellem 20 og 100 kilohertz.

Hvordan reagerer planter fysiologisk på akut vandmangel?

Planter lukker spalteåbningerne i bladene for at mindske fordampning, reducerer saftspændingen i cellerne og sænker fotosynteseaktiviteten for at beskytte vævet mod udtørring.