植物は、水不足に陥ったり、またははさみで切られたりすると、人間が聞くことのできない高周波の「悲鳴」を発することが、研究によって明らかになった。これらのストレスによる破裂音は、人間の耳で検出できる範囲に低く設定されると、プチプチの上を激しくタップダンスしているように聞こえるとのことだ。
これらの超音波は、人間は技術的な支援なしでは聞くことが出来ないが、さまざまな哺乳動物、昆虫、そして他の植物が野生でこれらの音を検出し、それらに反応する可能性があると、研究者らは3月30日に『Cell』誌に報告している。
将来、人間は記録装置と人工知能（AI）を利用して、これらの乾燥や病気の兆候を作物の監視に利用できるかも知れない。
過去の研究により、干ばつに苦しむ植物は、植物の管状組織内に気泡が形成され、崩壊するという過程を経て、記録装置に取り付けられた破裂音が検出できることが明らかになっていた。しかし、それらの破裂音が遠くで聞こえるかどうかは不明だった。
そこで、研究チームは、無音の箱と温室の設定で健康なトマト（Solanum lycopersicum）とタバコ（Nicotiana tabacum）の植物と、マイクを設置した。乾燥させたり茎を切ったりして、植物にはストレスを与えた。チームは、土だけが音を出さないかどうかを確認するために、土の入った鉢も記録した。
平均して、健康な植物は1時間あたり1回未満の破裂音を発しましたが、ストレスを受けた植物は、植物の種類やストレスの種類に応じて11〜35回を発した。干ばつに苦しむトマトの植物は最も音が大きく、1時間あたり40回以上の破裂音を発する植物もありました。
チームは、これらの録音を機械学習アルゴリズムに入力し、訓練されたアルゴリズムが、さまざまなストレスを受けた植物が発する音を区別する事に、約70％の確率で成功することも発見した。彼らは別のAIシステムをトレーニングして、温室で干ばつに苦しむトマトと健康なトマトを80％以上の正確度で区別することができたという。また、別のモデルをトレーニングして、植物の脱水状態の段階を約80％の正確度で判断することが出来ている。
さらに、チームは、タバコモザイクウイルスに感染した病気のトマト植物の音を記録し、小麦（Triticum aestivum）、トウモロコシ（Zea mays）、およびピンクッションサボテン（Mammillaria spinosissima）などのストレスを受けた植物の悲鳴を捕らえることにも成功した。
研究者たちは、これらの録音を植物の近く、約10センチ離れたマイクで収集したが、哺乳動物や昆虫が3〜5メートル離れた場所でもこれらの超音波音を聞くことができる可能性があると述べている。
「これらの発見は、今までほとんど無音と考えられていた植物界について、私たちの考え方を変える可能性があります」と研究者らは述べている。
論文
参考文献
- EurekAlert!: Stressed plants emit airborne sounds that can be detected from over a meter away
- ScienceNews: Stressed plants make ultrasonic clicking noises
研究の要旨
ストレスを受けた植物は、色や香り、形の変化など表現型に変化が見られる。しかし、ストレスを受けた植物が発する空気音については、これまで研究されていなかった。我々は、ストレスがかかった植物が発する空気中の音を遠距離から記録し、分類できることを明らかにした。我々は、トマトとタバコの植物が発する超音波を、植物の生理的パラメータをモニターしながら、音響チャンバー内と温室内で記録した。機械学習モデルを開発し、放出される音のみから脱水度や傷害など植物の状態を特定することに成功した。これらの情報音は、他の生物にも検知される可能性がある。本研究は、植物とその環境との相互作用を理解するための道を開くものであり、農業に大きな影響を与える可能性がある。
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