Дождь как сигнал пробуждения: Звук падающих капель дождя способен ускорить прорастание семян риса. В чем причина?
Согласно исследованию, семена риса способны воспринимать звук дождя и затем быстрее развиваться. «Результаты показывают, что рис и родственные виды семян способны воспринимать звук дождя, ударяющего по поверхности почвы или воды над ними», — пишет команда в научном журнале ‘Scientific Reports’. Семена риса (Oryza sativa) реагируют на это, ускоряя прорастание. Команда также предлагает механизм этой реакции.
«Это исследование демонстрирует, что семена могут воспринимать звук таким образом, что это помогает им выживать», — говорит руководитель исследования Николас Маккрис из Массачусетского технологического института в Кембридже (США). Одно из его направлений исследований — физика сенсорики и восприятия.
Были смоделированы различные интенсивности дождя
В ходе экспериментов в течение шести дней капли воды падали на влажную почву и в мелкие водоемы. Семена риса располагались на дне мелких водоемов или в почве. Команда варьировала размер и высоту падения капель, чтобы имитировать различные интенсивности дождя. Скорость роста сравнивалась с контрольными семенами, которые находились в тех же условиях прорастания, но не подвергались воздействию звука дождя. Всего команда исследовала 7 860 отдельных семян, каждое не менее четырех раз, с точки зрения прорастания. Также были измерены акустические вибрации, создаваемые каплями под водой и в почве.
Результат: Среднее увеличение частоты прорастания по сравнению с контрольными группами составило до 37 процентов в день эксперимента для семян, подвергшихся самому сильному дождю. Для семян, подвергшихся более низкому пиковому звуковому давлению — соответствующему более легкому дождю — частота прорастания увеличивалась меньше. Кроме того, семена, расположенные близко к поверхности, демонстрировали более сильную реакцию и более быстрый рост, чем очень глубоко расположенные или находящиеся дальше от места падения капли.
Ускорение прорастания в исследовании было ограничено относительно небольшой глубиной семян — не более пяти сантиметров, как в воде, так и в почве. Причина в том, что интенсивность звука уменьшается с глубиной.
Диапазон глубин от нуля до примерно пяти сантиметров ранее был определен как благоприятный для прорастания и выживания проростков риса и родственных семян в почве, говорится в исследовании. Это связано с различными факторами окружающей среды, которые меняются с глубиной, такими как влажность, содержание кислорода, питательные вещества, доступность света и другие факторы. «По этим причинам этот диапазон глубин широко распространен как в естественной среде обитания семян, так и в сельском хозяйстве для риса и родственных растений», — пишет команда.
Резуховидка также реагирует на вибрационные звуки
Таким образом, восприятие звуков дождя ограничено именно теми глубинами, которые оптимальны и для выживания проростков. Это указывает на эволюционную адаптацию, поскольку ускоренное прорастание на больших глубинах было бы неблагоприятным, заключает команда.
Предыдущие исследования уже демонстрировали влияние вибраций на растения. Так, частота 50 Гц при определенной работе значительно стимулировала прорастание семян риса. Однако использованные вибрационные звуки исходили от промышленной сельскохозяйственной деятельности и были гораздо сильнее, чем от капель дождя. В другом исследовании вибрации влияли на скорость прорастания резуховидки (Arabidopsis thaliana), но только у тех растений, у которых было достаточно крахмала для образования телец для измерения силы тяжести.
Хотя дождевая вода необходима для прорастания, роста и выживания многих семян и проростков, «влияние естественных звуков дождя на прорастание семян до сих пор не было количественно определено», — говорится в исследовании.
Звуковая волна может играть роль
Исследователи выдвинули гипотезу о том, как капли могут заставить семена прорастать быстрее: когда капля дождя попадает на поверхность лужи или на землю, она создает звуковую волну, которая заставляет окружающую среду вибрировать, включая семена в эксперименте.
Согласно расчетам команды, эти вибрации могут быть достаточно сильными, чтобы смещать так называемые статолиты семени. Это крошечные органеллы в определенных клетках, которые также сообщают растению, где верх, а где низ, и, следовательно, в каком направлении оно должно прорастать. Команда рассчитала возможные смещения статолитов внутри клетки на основе звукового давления. Согласно этой гипотезе, перемещение этих статолитов также служит сигналом для семян и проростков расти и пускать корни.
Согласно исследованию, это происходит именно на глубинах почвы, где звук дождя достаточно силен, чтобы двигать статолиты. Эти, в свою очередь, являются именно теми глубинами, которые также оптимальны для выживания проростков. По цепочке реакций, по предположениям команды, звуки дождя влияют на растительный гормон ауксин в клетках, что, в свою очередь, может способствовать прорастанию.
