Čo dnes vie veda o rastlinnej akustike?

Viac ako 10 rokov pracujeme na tom, aby sme praktické využitie ultrazvuku priniesli do služieb farmárov. Počas rokov sme nazbierali množstvo skúseností o tom, ako sa zvieratá správajú voči ultrazvukovým podnetom, a tiež o tom, koľko nedorozumení sprevádza samotný pojem ultrazvuk. Práve preto je pre nás obzvlášť zaujímavé, keď veda odhaľuje čoraz viac pútavých výsledkov aj v oblasti rastlinnej akustiky.

Téma na prvé počutie pôsobí takmer ako sci-fi: môžu rastliny naozaj vydávať zvuk? A dokážu skutočne aj vnímať určité zvuky alebo vibrácie? Krátka odpoveď: áno, v istom zmysle áno, ale nemyslime si hneď, že by sa kukuričné stonky medzi sebou rozprávali.

Čo je to ultrazvuk?

Ultrazvuk je zvuková vlna, ktorej frekvencia presahuje hornú hranicu ľudského sluchu, teda približne 20 kHz. Hoci ho nepočujeme, ultrazvuk je stále veľmi reálny fyzikálny jav: šíri sa vzduchom, odráža sa, slabne a niektoré živé organizmy ho dokážu vnímať.

V prírode využíva ultrazvuk množstvo zvierat. Niektoré netopiere sa podľa neho orientujú, niektoré hlodavce komunikujú v tomto pásme a sú aj druhy hmyzu, ktoré takéto zvuky vnímajú. Ultrazvuk teda nie je žiadna mystická energia, ale dobre známy, merateľný fyzikálny jav.

A čo je rastlinná akustika?

Rastlinná akustika skúma, či rastliny vydávajú zvuky alebo vibrácie, a tiež či reagujú na určité akustické podnety. Dôležité je zdôrazniť: nejde o sluch ani reč v ľudskom zmysle, ale o fyzikálne signály a biologické reakcie.

Inými slovami: otázka neznie, či sa rastliny rozprávajú, ale či procesy prebiehajúce v rastlinnom tele môžu vytvárať merateľné zvukové signály a či rastliny dokážu biologicky interpretovateľným spôsobom vnímať určité vibrácie a frekvenčné pásma.

Dôležité upresnenie: čo je dokázané a čo je prehnané?

V tlači sa z času na čas objavujú zjednodušujúce tvrdenia, ako napríklad že rastliny „kričia“, „počúvajú sa navzájom“, „rozprávajú sa“ alebo dokonca „majú rady hudbu“. Tieto formulácie znejú dobre, no z vedeckého hľadiska často pôsobia ako preháňanie.

Aj v tejto téme sa chceme zameriavať len na preukázané javy. Na to, čo potvrdzujú dôveryhodné výskumy, a nie na to, na čom stojí len lákavý clickbaitový nadpis. Rastlinná akustika je totiž sama osebe dosť zaujímavá, netreba o nej tvrdiť viac, než čo dnes veda spoľahlivo vie.

Zvuky vydávané rastlinami: keď sa stres stane počuteľným

V uplynulých rokoch jedným z najväčší rozruch vyvolávajúcich výsledkov bolo zistenie, že niektoré rastliny môžu v stresových situáciách vydávať ultrazvukové signály. Na základe meraní na rajčiakoch a tabakových rastlinách tie suchem trpiace alebo mechanicky poškodené jedince vydávali oveľa viac praskavých ultrazvukových zvukov než kontrolné rastliny. Podľa štúdie z roku 2023 uverejnenej v Cell časopise sa tieto zvuky objavovali v rozsahu 20–150 kHz, teda nie sú pre človeka počuteľné, ale dajú sa dobre zachytiť prístrojmi.

To je samo osebe už veľmi dôležitý výsledok. Nie preto, že by sa rastliny zrazu stali komunikujúcimi bytosťami, ale preto, že sa zdá, že ich stav zanecháva akustickú stopu. Inými slovami, vysychajúca alebo poškodená rastlina sa nemení len na fyziologickej úrovni, ale môže vytvárať aj také fyzikálne signály, ktoré možno vhodnými prístrojmi merať. Výskumníci tiež ukázali, že tieto zvuky sa dajú klasifikovať, teda že z nich možno čiastočne rozpoznať typ stresu.

Podľa aktuálnych poznatkov tieto zvuky veľmi pravdepodobne nie sú zámerné správy, ale skôr dôsledok fyzikálnych procesov prebiehajúcich v rastlinných tkanivách, predovšetkým v systémoch podieľajúcich sa na transporte vody. Najčastejšie spomínaným vysvetlením je kavitácia, teda jav, keď v dôsledku prerušenia vodného stĺpca alebo vnútorného napätia vznikajú drobné zvukové udalosti.

To je veľmi podstatný rozdiel. Rastlina nemusí nevyhnutne komunikovať, no jej vnútorný stav sa napriek tomu môže prejaviť aj v merateľnej zvukovej podobe. Z praktického hľadiska je to zaujímavé preto, že dlhodobo môže vzniknúť možnosť vyvíjať senzorické systémy, ktoré dokážu skôr zachytiť aj stresové príznaky, ktoré ešte nie sú voľným okom viditeľné.

Zvuky vnímané rastlinami: nemajú uši, ale reakčnú odpoveď

Ďalšou veľkou otázkou rastlinnej akustiky je, či rastliny dokážu vnímať určité zvuky alebo vibrácie. Aj tu je dôležité presné formulovanie: nejde o to, že by rastliny mali uši, ale o to, že môžu na určité mechanické podnety reagovať merateľnou biologickou odpoveďou.

Jeden z najzaujímavejších výskumných smerov skúmal, či rastliny dokážu rozlišovať vibrácie rôzneho pôvodu. V experimente uverejnenom v časopise Oecologia zistili, že rastliny Arabidopsis thaliana reagovali na vibrácie listov typické pre požieranie húsenicami silnejšou chemickou obrannou odpoveďou než na iné, neškodné environmentálne vibrácie. Podľa štúdie teda rastliny nielenže „vnímajú vibrácie“, ale dokážu medzi jednotlivými signálmi aj rozlišovať.

To je zaujímavé preto, že to naznačuje, že rastlina fyzický zásah nielen pasívne znáša, ale na určité vzory vibrácií môže aktivovať obranné procesy. Inými slovami, mechanický podnet nemusí byť len rušivý šum, ale môže niesť aj informáciu.

Rovnako často citovaný výsledok je, že niektoré kvitnúce rastliny môžu rýchlo reagovať na zvuky podobné zvukom opeľovačov. Podľa štúdie z roku 2019 v Ecology Letters kvety pupalky drummondovej (Oenothera drummondii) na zvuky s frekvenciou podobnou frekvencii opeľovačov v priebehu niekoľkých minút zvýšili cukrovú koncentráciu nektáru, zatiaľ čo na zvuky s vyššou frekvenciou nereagovali rovnako. To naznačuje, že odpoveď môže byť frekvenčne špecifická.

To je tu dôležité: výskumy netvrdia, že rastlina „počuje včelu“ v živočíšnom zmysle. Skôr to, že rastlina na určité ekologicky relevantné zvukové alebo vibračné vzory dokáže poskytnúť merateľnú, rýchlu fyziologickú odpoveď.

Čo to všetko znamená ako celok?

Podľa súčasného vedeckého obrazu sa zdajú stabilné dve tvrdenia. Prvé je, že niektoré rastliny sú pod stresom naozaj schopné vydávať ultrazvukové zvuky. Druhé je, že niektoré rastliny môžu na určité vibrácie a zvukové podnety reagovať merateľnou biologickou odpoveďou. Tieto dva smery dnes podporujú výskumy uverejnené v rešpektovaných recenzovaných časopisoch.

Zároveň je dôležité zostať v vedecky presných medziach. Súčasné výsledky nepotvrdzujú to, že by rastliny v ľudskom zmysle „sa rozprávali“, „počuli uchom“ alebo že by sa o nich vo všeobecnosti dalo povedať, že „majú rady hudbu“. Presnejšie formulovanie je, že rastliny sú zložité živé systémy citlivé na určité akustické a mechanické podnety a že ich vlastný fyziologický stav sa niekedy môže prejaviť aj ako merateľná zvuková stopa.

To už samo osebe stačí na to, aby sme na rastliny nehľadeli len ako na pasívnu súčasť pozadia. Nevnímajú a nekomunikujú ľudským spôsobom, no na svoje fyzické prostredie a vlastný stav môžu reagovať oveľa citlivejšie, než sme si doteraz mysleli.

Zostane to sci-fi, alebo sa to stane ďalšou kapitolou poľnohospodárstva?

Rastlinná akustika je zatiaľ vo veľkej miere výskumnou oblasťou, no ľahko pochopiť, prečo tak silno priťahuje pozornosť odborníkov aj laikov.

Predstavme si skleníkové alebo poľné systémy, ktoré sledujú nielen vlhkosť pôdy či teplotu, ale aj akustické vzory porastu. Také senzorové siete, ktoré včas signalizujú nedostatok vody, alebo riešenia, ktoré pomocou cielených vibrácií pomáhajú aktivovať určité obranné procesy. Dnes to ešte vo veľkej miere znie ako sci-fi, no vedecké základy už sú viditeľné.

A je tu aj jedno dôležité ponaučenie pre nás: svet ultrazvuku a mechanických signálov je oveľa bohatší, než by sme usudzovali len podľa ľudského sluchu. V mnohých prípadoch práve takéto na prvý pohľad neviditeľné (alebo v našom prípade nepočuteľné) javy vedú k ďalším veľkým inováciám.

To, čo je však realitou už dnes: ultrazvuková ochrana pre rastliny

Kým sa budúce aplikácie rastlinnej akustiky ešte len formujú, existujú oblasti využitia ultrazvuku v poľnohospodárstve, kde je táto technológia už dnes hmatateľným a praktickým nástrojom.

Vo Vadalarme už viac ako 10 rokov vyvíjame a vyrábame ultrazvukové produkty pre farmárov a presne vieme, že pestovateľov zaujímajú nie teórie, ale fungujúce riešenia. Ak chce niekto podporiť ochranu svojich rastlín ultrazvukovou technológiou (nie pri monitorovaní vysychania, ale pri obrane proti škodám spôsobeným zverou), dnes už na to má možnosť.

Členov produktovej rady Vadalarm Smart sme vyvinuli priamo preto, aby pomáhali chrániť pestované plodiny, sady a poľnohospodárske plochy. Vedecký svet rastlinnej akustiky ukazuje vzrušujúce prísľuby budúcnosti, no sila ultrazvuku v poľnohospodárstve je už dnes k dispozícii.