Взять интервью у «царицы полей»

Можно ли услышать рост кукурузы, чем растения похожи на бодибилдеров и как магнитно-резонансная томография позволит выявить среди растений слабое звено, рассказывает Indicator.Ru.

Слышали ли вы когда-нибудь звук растущей кукурузы? Группа американских ботаников и инженеров предлагает получать информацию о росте растения, поднося к нему микрофон. Перед тем, как прочитать о новом подходе, запаситесь попкорном, потому что звучит рост кукурузы примерно как «взрывы» ее зерен.

Согласно старой байке американских фермеров, воспринимаемой примерно как наша легенда о папоротнике, цветущем в ночь на Ивана Купалу, «тихой ночью вы можете услышать рост кукурузы». И если для насекомых, помогающих кукурузе бороться с вредителями, призыв распространяется в виде химических веществ, то для ученых из Нью-Йоркского университета и Университета Небраски кукуруза в буквальном смысле имеет свой «голос». Записанный посредством контактных микрофонов, по словам авторов релиза, он звучит почти как раскрытие зерен попкорна.

Не дать уложить «царицу полей»

Кукуруза — главная зерновая культура США. Там ежегодно собирают 350 миллионов тонн урожая золотых початков. Но сочные стебли кукурузы не всегда могут противостоять ветру, и часть посевов портится из-за полегания (явление, в ходе которого стебли растения теряют свое вертикальное положение – прим. Indicator.Ru), что может быть вызвано грибковыми инфекциями. Больше века ученые с переменным успехом бьются над решением этой проблемы, но информации все еще недостаточно.

Возможное решение пришло с неожиданной стороны: группа ученых во главе с Дугласом Куком представила на 172-й конференции Американского акустического общества, в пятый раз проходящей в Гонолулу (Гавайи) совместно с собранием Акустического общества Японии новый подход к оценке роста и развития растений.

Дуглас Кук, Рождер Элмор и Джастин МакМехан изменили понимание того, как растения развиваются и растут, предложив акустико-эмиссионный метод изучения этой проблемы. Этот метод анализировать информацию, полученную с помощью регистрации и обработки звуковых волн, которые появляются из-за деформации контролируемого объекта. Обычно измерение акустической эмиссии проводят для оценки распространения трещин на объекте или для обнаружения утечки (например, в трубопроводе). Чувствительность этого метода достаточно высока, чтобы зарегистрировать увеличение трещины размером в один микрометр.

Росток кукурузы меняет форму, увеличивается в размере, проходит сквозь слой почвы, а значит, если поднести к нему микрофон, он сам «расскажет» о своем развитии и предстоящем полегании. «Голос» его, удививший ученых, оказался «невероятно похожим на звуки, которые издает попкорн при жарке».

Кукуруза как бодибилдер

«Разрыв материи подобен микроскопическому землетрясению: внезапное высвобождение внутреннего напряжения рассылает звуковые волны в разные стороны, — объясняет Дуглас Кук. — Мы используем специальные сенсоры, так называемые пьезоэлектрические контактные микрофоны, чтобы регистрировать звуки, которые производят растущие кукурузные стебли перед полеганием. Это помогает нам лучше понять процесс».

Такой неожиданный союз инженерной науки и ботаники оказался очень плодотворным: ученые пришли к мысли, что рост растений включает миллионы мельчайших разрывов. Эти повреждения дают растению сигнал залечить и залатать их. Непрерывные разрывы и починки помогают стеблю становиться все выше и выше.

Пока ученые еще не могут сказать, действует ли эта закономерность для всех растений. Кук (который сам является специалистом в области биомеханики человека) и его коллеги предполагают, что этот механизм может быть похож на развитие наших мышц, для которых тоже справедливо утверждение «то, что нас не убивает, делает нас сильнее». Когда мы поднимаем тяжести, в мышцах появляются микроскопические разрывы, и после их восстановления наши мускулы становятся крепче.

Из-за «обмороков» кукурузу направили на МРТ

Ежегодно человечество теряет крупную часть урожая из-за полегания стеблей. В то же время, как отмечает Дуглас Кук, инженеры отлично разбираются в структурных нарушениях, а генетики могут менять свойства растений. «Можете представить, какого огромного прогресса в сфере улучшения структуры растений можно достичь, если объединить усилия специалистов из этих двух областей», — поясняет ученый.

Пока на этой — в обоих смыслах этого слова — ниве совершено немного: изучение акустических эмиссий ростков на кукурузных полях только начинает развиваться, поэтому полученные результаты пока имеют смысл в свете фундаментальной науки. Однако исследователи настроены оптимистично: «То, что мы узнаем о росте и разрывах стеблей растений, может быть полезно селекционерам, когда они начнут разрабатывать оптимально продуманные растения».

Так, работа показала, что листья — важнейший структурный элемент, который помогает растению поддерживать свою форму и обеспечивать устойчивость в период быстрого удлинения стебля. Это стало еще одним довольно неожиданным результатом, переворачивающим представления о растительной структуре.

Также ученые использовали компьютерную томографию для получения 3D-изображений растений. «Мы также планируем использовать магнитно-резонансную томографию для визуализации роста и развития кукурузы, — добавляет Кук. — Мы бы хотели узнать больше о полегании, с целью определить "слабое звено", подверженное этому процессу. Когда оно будет найдено, ботаники смогут попытаться увеличить силу стебля и его устойчивость».