Tel Aviv Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, ilk kez bitkilerin yaydığı ultrasonik sesleri kaydedip analiz ettiler. Çalışma, bitkilerin stres altındayken yarasalar, fareler ve böcekler gibi hayvanlar tarafından algılanabilecek belirli sesler çıkardığını buldu. Makine öğrenimi algoritmalarını kullanan araştırmacılar, gürültülü ortamlarda bile farklı bitkiler ve stres türleri arasında ayrım yapabildiler. Bu buluş, potansiyel olarak insanların bitki koşullarını ve ihtiyaçlarını daha iyi anlayacak araçlar geliştirmesine yardımcı olabilir, örneğin bitkilerin sulanması gerektiğinde kullanılan sensörler gibi. Ekip, bitki seslerinin ardındaki mekanizmaları ve bunların diğer organizmalar üzerindeki etkilerini daha ayrıntılı araştırmayı planlıyor.
- Bitkilerin yaydığı sesler ultrasoniktir ve insan kulağının duyma mesafesinin ötesindedir.
- Bitki sesleri bilgilendiricidir: Çoğunlukla bitki stres altındayken çıkar, durumu hakkında bilgi içerir.
- Araştırmacılar çoğunlukla domates ve tütün bitkilerini kaydetti; buğday, mısır, kaktüs ve tavuk biti de kaydedildi.
- Araştırmacılar: “Görünüşe göre pastoral bir çiçek tarlası oldukça gürültülü bir yer olabilir. Sadece sesleri duyamıyoruz!”
Küresel buluş: dünyada ilk kez, Tel Aviv Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, bitkilerden belirgin şekilde yayılan sesleri kaydetti ve analiz etti. Patlamış mısırın patlamasına benzer tıklama benzeri sesler, insan konuşmasına benzer bir ses seviyesinde, ancak insan kulağının işitme aralığının ötesinde yüksek frekanslarda yayılır. Araştırmacılar: “Bitkilerin stres altındayken genellikle ses çıkardığını ve her bitkinin ve her stres türünün belirli, tanımlanabilir bir sesle ilişkili olduğunu bulduk. Bitkilerin yaydığı sesler insan kulağı tarafından algılanamasa da muhtemelen yarasalar, fareler ve böcekler gibi çeşitli hayvanlar tarafından duyulabilir.”
Çalışma Wise Hayat Bilimleri Fakültesi Bitki Bilimleri ve Gıda Güvenliği Okulu’ndan Prof. Lilach Hadany, Sagol Sinirbilim Okulu Başkanı ve Zooloji Okulu ve Steinhardt Müzesi öğretim üyesi Prof. Doğa Tarihi ve araştırma öğrencileri Itzhak Khait ve Ohad Lewin-Epstein, Raymond ve Beverly Sackler Matematik Bilimleri Okulu, Tahıl Bitkileri Araştırma Enstitüsü ve Sagol Nörobilim Okulu’ndan araştırmacılarla işbirliği içinde – tümü Tel Aviv Üniversitesi’nde. Makale prestijli bilim dergisi Cell’de yayınlandı.
Prof. Hadany: “Önceki çalışmalardan, bitkilere takılan vibrometrelerin titreşimleri kaydettiğini biliyoruz. Ancak bu titreşimler aynı zamanda havadaki ses dalgaları, yani uzaktan kaydedilebilen sesler haline mi geliyor? Araştırmamız, araştırmacıların yıllardır tartıştığı bu soruyu ele aldı.”
Kesilmiş bir bitkiye kulak misafiri olmak. Kredi: Tel Aviv Üniversitesi
Araştırmanın ilk aşamasında, araştırmacılar bitkileri arka planda gürültü olmayan sessiz, izole bir bodrumdaki akustik bir kutuya yerleştirdiler. 20-250 kilohertz (yetişkin bir insan tarafından algılanan maksimum frekans yaklaşık 16 kilohertz’dir) frekanslarında sesleri kaydeden ultrasonik mikrofonlar, her bitkiden yaklaşık 10 cm’lik bir mesafeye yerleştirildi. Çalışma ağırlıklı olarak domates ve tütün bitkilerine odaklandı ancak buğday, mısır, kaktüs ve tavuk biti de kaydedildi.
Mikrofonlu kaktüs bitkisi. Kredi: Tel Aviv Üniversitesi
Prof. Hadany: “Bitkileri akustik kutuya yerleştirmeden önce çeşitli işlemlere tabi tuttuk: bazı bitkiler beş gün boyunca sulanmamıştı, bazılarının gövdesi kesilmiş ve bazılarına dokunulmamıştı. Amacımız bitkilerin ses çıkarıp çıkarmadığını ve bu seslerin bitkinin durumundan herhangi bir şekilde etkilenip etkilenmediğini test etmekti. Kayıtlarımız, deneyimizdeki bitkilerin 40-80 kilohertz frekanslarında sesler yaydığını gösterdi. Stressiz bitkiler ortalama olarak saatte birden az ses çıkarırken, hem susuz hem de yaralı stresli bitkiler her saat düzinelerce ses çıkardı.”
Prof. Leylak Hadany. Kredi: Tel Aviv Üniversitesi
Bu şekilde toplanan kayıtlar, özel olarak geliştirilmiş makine öğrenimi (AI) algoritmalarıyla analiz edildi. Algoritmalar, farklı bitkileri ve farklı ses türlerini nasıl ayırt edeceklerini öğrendiler ve sonunda bitkiyi tanımlayabildiler ve kayıtlardan stres türü ve seviyesini belirleyebildiler. Ayrıca algoritmalar, bitkiler çok fazla arka plan gürültüsü olan bir seraya yerleştirildiğinde bile bitki seslerini tanımladı ve sınıflandırdı. Araştırmacılar, serada zamanla susuzluğa maruz kalan bitkileri izlediler ve yaydıkları ses miktarının belirli bir zirveye kadar arttığını ve ardından azaldığını gördüler.
Sol to sağda: Prof. Yossi Yovel & Prof. Lilach Hadany. Kredi: Tel Aviv Üniversitesi
Prof. Hadany: “Bu çalışmada çok eski bir bilimsel tartışmayı çözdük: bitkilerin ses çıkardığını kanıtladık! Bulgularımız, çevremizdeki dünyanın bitki sesleriyle dolu olduğunu ve bu seslerin örneğin su kıtlığı veya yaralanma hakkında bilgi içerdiğini gösteriyor. Doğada bitkilerin yaydığı seslerin, yarasalar, kemirgenler, çeşitli böcekler ve muhtemelen diğer bitkiler gibi yüksek frekansları duyabilen ve ilgili bilgileri elde edebilen yakınlardaki canlılar tarafından algılandığını varsayıyoruz. Yetiştiricilere bitkilerin sulanması gerektiğini söyleyen sensörler gibi doğru araçlar sağlandığında insanların da bu bilgileri kullanabileceğine inanıyoruz. Görünüşe göre, pastoral bir çiçek tarlası oldukça gürültülü bir yer olabilir. Sadece sesleri duyamıyoruz!”
Araştırma ekibi. Kredi: Tel Aviv Üniversitesi
Gelecekteki çalışmalarda, araştırmacılar bir dizi ilgi çekici soruyu keşfetmeye devam edecekler: Bitki seslerinin ardındaki mekanizma nedir? Güveler bitkilerin yaydığı sesleri nasıl algılar ve tepki verir? Diğer bitkiler de bu sesleri duyuyor mu? Ve daha fazlası…
Referans: “Stres altındaki bitkilerin yaydığı sesler havadan gelir ve bilgilendiricidir” yazan Itzhak Khai, Ohad Lewin-Epstein, Raz Sharon, Kfir Saban, Revital Goldstein, Yehuda Anikster, Yarden Zeron, Chen Agassy, Shaked Nizan, Gayl Sharabi, Ran Perelman, Arjan Boonman, Nir Sade, Yossi Yovel ve Lilach Hadany, 30 Mart 2023, Cell.
DOI: 10.1016/j.cell.2023.03.009