ما انسان ها اغلب زمانی که از چیزی ناراحت می شویم یا استرسی به ما وارد می شود یا زمانی که یکی از اعضای بدنمان آسیب می بیند، شروع می کنیم به غر زدن، زیر لب حرف زدن، با صدای بلند صحبت کردن، فریاد زدن، داد و بیداد کردن یا گریه کردن.
حال در این نوشتار با استناد به یک پژوهش، می خواهیم بدانیم که اگر گیاهان تحت تنش و یا آسیب قرار بگیرند، چه واکنشی از خود نشان می دهند؟ آیا واکنش آن ها مانند ما انسان هاست؟
پژوهش ارزشمندی در ماه مارس سال ۲۰۲۳ در ژورنال Cell منتشر شد که نتایج آن نشان داد، گیاهان نیز هنگامی که تحت شرایط خاصی قرار بگیرند، مثلا وقتی استرس به آن ها وارد شود و یا زمانی که آسیبی بینند، صداهایی از خود تولید می کنند، اگرچه ما این صداها را نمی‌شنویم. این صداها شبیه به زیر لب حرف زدن و یا فریاد ما انسان ها نیست، بلکه در فرکانس‌های فراصوت و در خارج از محدوده شنوایی انسان تولید می شوند و چیزی شبیه به کوبیده شدن یا کلیک است که وقتی گیاه تحت استرس قرار می‌گیرد، افزایش می‌یابد. پژوهشگران معتقدند، این صدا می‌تواند یکی از راه‌هایی باشد که گیاهان ناراحتی خود را به‌وسیله آن به دنیای اطرافشان منتقل می‌کنند.
چرا این پژوهش قابل تأمل است؟
مطالعاتی که در سال های گذشته انجام شده نشان می دهد که گیاهان زمانی که تحت استرس قرار می گیرند، دچار تغییراتی می شوند به طوری که برخی از این تغییرات برای ما انسان ها قابل تشخیص است؛ مثلا در شرایط پراسترس برخی گیاهان بو یا ترکیبات آلی فرّار(VOCs) از خود منتشر می کنند و یا رنگ و شکل خود را تغییر می دهند. این تغییرات را می توان نوعی واکنش و مکانیزم دفاعی برای گیاهان در مقابل تهدیدات و عوامل بیرونی در جهت حفظ بقایشان تعبیر کرد. به عنوان مثال اگر گیاهی در معرض آفات قرار بگیرد، تلاش می کند تا با تغییر در رنگ، بو یا شکل، حشرات را به سمت خود جذب نماید تا با آفات مبارزه و آن ها را از خود دور کند؛ همچنین با تغییرات مذکور، گیاهان می توانند انواع خطرها و تهدیدها نظیر خشکسالی و یا گیاهخواران را به سایرِ گیاهانی که در نزدیکی آن ها قرار دارند، اطلاع دهند تا آن ها نیز عملکرد دفاعی خود را تقویت نمایند.
اما پرسش مهمی که بعد از آن برای محققین به وجود آمد این بود که آیا گیاهان می توانند انواع دیگری از سیگنال ها مانند صدا را نیز از خود منتشر کنند یا خیر؟ البته ناگفته نماند چند سال قبل پژوهشگران دریافته بودند که گیاهان می توانند صدا را تشخیص دهند؛ پس این بار مطالعاتشان را به سمتی بردند تا بررسی کنند که آیا گیاهان قادر به تولید صدا نیز هستند؟
برای پاسخ به این پرسش، پژوهشگران دست به کار شدند. آن ها صدای گیاهان گوجه فرنگی و تنباکو را در شرایط مختلفی ثبت و ضبط نمودند.
الف- در ابتدا صدای گیاهانی که در معرض تنش یا آسیب قرار نداشتند به عنوان نمونه شاهد ثبت شد تا یک خط مبنا به دست بیاید.
ب- سپس صدای گیاهانی را که دچار کم آبی شده بودند ثبت نمودند.
ج- در مرحله ای دیگر صدای گیاهانی که ساقه‌هایشان قطع شده بود را ثبت کردند.
لازم به ذکر است که ضبط این صداها ابتدا در یک محفظه آکوستیک عایق صدا و سپس در یک محیط معمولی گلخانه‌ای انجام شد. سپس، آنها در این زمینه مدل های یادگیری ماشین(machine learning models) را توسعه دادند و الگوریتمی را آموزش دادند تا بین صدای تولیدشده توسط گیاهان بدون تنش، گیاهان کم آب و گیاهان آسیب دیده تمایز ایجاد کند. این الگوریتم یادگیری ماشینی توانست بین این صداها و همچنین گونه‌های گیاهانی که آن ها را ساطع می‌کنند، تمایز قائل شود. این گروه پژوهشی، گیاهان مختلف دیگری از جمله گندم، ذرت، انگور و کاکتوس را نیز آزمایش کردند و دریافتند که به نظر می رسد تولید صدا یک فعالیت بسیار رایج در گیاهان است.
یافته های این پژوهش نشان داد صداهایی که گیاهان منتشر می‌کنند مانند صدای کوبیدن یا صدای کلیک در فرکانس‌های بسیار بالایی است که برای انسان ها قابل تشخیص نیست. این صداها توسط سیستم ضبطِ مخصوصی توسط محققین از چندین متر دورتر هم در اتاق های آکوستیک و هم در گلخانه ها ثبت و ضبط شد. صداهای مذکور حاوی اطلاعاتی در مورد وضعیت فیزیولوژیکی گیاه هستند.
گیاهان بدون تنش، سر و صدای زیادی تولید نمی‌کنند. در مقابل، گیاهان تحت استرس، بسیار پر سر و صدا هستند و بسته به گونه و میزان تنش به طور متوسط تا حدود ۴۰ کلیک در ساعت منتشر می‌کنند. گیاهان محروم از آب دارای مشخصات صوتی قابل توجهی هستند. آنها قبل از اینکه علائم قابل مشاهده کم‌آبی را نشان دهند، شروع به تولید صدای بیشتر می‌کنند که با خشک شدن گیاه افزایش می‌یابد و با پژمرده شدن گیاه، فروکش می‌کند.
اگرچه این مطالعه حاوی نتایج ارزشمند متعددی می باشد اما پژوهشگران می گویند که هنوز چند مورد ناشناخته و باز وجود دارد که باید در تحقیقات بعدی روی آن ها بیشتر کار شود:
- نتایج روی تعداد محدودی از گونه‌های گیاهی به‌دست آمده است و باید روی گونه‌های دیگری از گیاهان از خانواده‌های مختلف آزمایش ها انجام شوند.
- مطالعات آینده می تواند صداهای منتشر شده در شرایط مختلف را بررسی کند. در این تحقیق، انتشار صدا در گیاهانی که در معرض خشکی، برش یا عفونت TMV قرار داشتند مشاهده شد ولی هنوز مشخص نیست که آیا سایر شرایط تنش‌زا مانند عوامل بیماری‌زا، حمله، قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش، سرما و سایر شرایط نامطلوب نیز می‌تواند باعث ایجاد صدا در گیاهان شود یا خیر.
- درک ما از مکانیزم انتشار صدا هنوز ابتدایی است و نحوه تولید صدا توسط گیاهان را به صورت دقیق نمی دانیم. در پژوهش‌های قبلی نشان داده شده بود که طی فرآیندی در گیاهان کم‌آب، حباب‌های هوا در ساقه شکل می‌گیرد، منبسط می‌شود و از بین می‌رود. این فرآیند هنگام شکستن قولنج در انگشت‌های انسان، باعث ایجاد صدایی مشابه شکستن می‌شود و ممکن است در مورد گیاهان نیز همین اتفاق رخ دهد. به هر حال این مسئله نیاز به بررسی و تحقیقات بیشتری دارد.
همچنین مشخص نیست که آیا تولید صدا یک پیشرفت تطبیقی و تکاملی در گیاهان است یا خیر؟ این پرسش نیازمند تحقیقات گسترده تری است.
دکتر لیلاچ حدنی(Lilach Hadany) یکی از پژوهشگران اصلی این مطالعه درباره آثار این پژوهش می‌گوید: از ابعاد مختلفی می توان به پیامدهای این پژوهش نگاه کرد. به عنوان مثال، پروانه‌ای که قصد دارد روی گیاهی تخم‌گذاری کند یا حیوانی که قصد خوردن یک گیاه را دارد، می‌تواند از این صداها برای تصمیم‌گیری استفاده کند. برای ما انسان‌ها نیز پیامد این پژوهش مخصوصا در حوزه کشاورزی دارای اهمیت است. می‌توانیم صدای ناراحتی گیاهان تشنه و آسیب دیده را متوجه شویم و قبل از اینکه مشکلی ایجاد شود، آنها را آبیاری و به آن ها رسیدگی کنیم. این موضوع می تواند در آینده برای انتخاب زمان مناسب جهت آبیاری مزارع، صرفه جویی در مصرف آب و مسئله امنیت غذایی، بسیار مفید و اثرگذار باشد.
نتایج این پژوهش در ژورنال Cell منتشر شده است که می توانید از اینجا به مقاله مذکور دسترسی داشته باشید.