植物の生物音響

植物のバイオ音響学とは、植物による音波の生成を指します。植物による測定された音波、および音に対する発芽率、成長率、行動の変化は、十分に文書化されています。^[1]植物は、揮発性化学物質、光検出、直接接触、根からの信号など、確立されたコミュニケーション信号以外の手段で近隣植物を検出します。^{[2] [3] [4]}音波は土壌を効率的に伝わり、最小限のエネルギー消費で生成できるため、植物は音を環境や周囲を解釈する手段として使用できます。予備的な証拠は、植物が細胞壁を破壊すると根の先端で音を生成することを裏付けています。^[5]植物の根は、植物自身が発する波と一致する周波数の音波にのみ反応するため、植物は音の振動を受信して​​信号に変換し、地下コミュニケーションの一形態として行動の変化を引き起こす可能性があります。^[6]

バズ受粉、または超音波処理は、植物における特定の振動周波数に対する行動反応の一例です。ドデカテオンやヘリアムフォラを含む約20,000種の植物^[7]は、ミツバチの飛翔筋によってのみ生成される特定の周波数で振動した場合にのみ葯から花粉を放出するバズ受粉を進化させました。振動により花粉粒子は運動エネルギーを得て、葯の孔から脱出します。^[8]

バズ受粉と同様に、ハチの羽ばたきや同様の周波数の音に反応してより甘い蜜を出すことがわかっているマツヨイセンノウの一種があります。Oenothera drummondii（ビーチ・イブニング・プリムローズ）は、米国南東部原産の多年生亜低木ですが、ほぼすべての大陸で帰化しています。^[9]この植物は海岸の砂丘や砂地に生育します。O . drummondii の花は、ハチの羽ばたきや同様の周波数を含む人工音にさらされると、3 分以内に著しく甘い蜜を出すことが発見されました。^[10]この行動の可能性としては、植物が花粉媒介者が近くにいることを感知できれば、別の花粉媒介者がその場所に瞬間的にいる可能性が高いという事実が挙げられます。受粉の可能性を高めるために、より糖分濃度の高い蜜が作られます。花は、細胞の細胞膜に機械的振動を感知する機械受容器を含む「耳」の役割を果たしているという仮説があります。^[10]この背後にある可能性のあるメカニズムは、音波による機械受容器の活性化であり、これが植物細胞へのCa ^{2+の流入を引き起こし、脱分極を引き起こします。 [11]}花粉媒介昆虫の羽によって生成される特定の周波数のため、おそらく特定の量のCa ²⁺のみが細胞に入り、それが最終的に下流の効果に関与する植物ホルモンと遺伝子の発現を決定します。研究により、細胞内のCa ²⁺濃度のセンサーとなり得るカルモジュリンのような遺伝子があることが示されています。したがって、植物細胞内のCa ²⁺の量は、刺激に対する反応に大きな影響を与える可能性があります。^[12]花弁で発現したホルモンと遺伝子により、糖の蜜への輸送が約20％増加し、より高い周波数にさらされた花や音をまったく受けなかった花の蜜と比較して、より高い濃度になりました。^[10]録音によって花びらが振動するかどうかを決定するために、LDV（レーザードップラー振動計）が使用されました。花びらの速度は、ミツバチとガの音信号や低周波フィードバックに反応して示されましたが、高周波フィードバックには反応しませんでした。^[10]植物が音にさらされる前と後の蜜の糖濃度を測定した結果、低周波（ハチの羽ばたきに似た音）とハチの音が再生された場合にのみ、糖濃度の有意な増加が観察されました。^[10]花が花粉媒介者の振動を感知する器官であることを証明するために、花をガラス瓶で覆い、植物の残りの部分を露出させる実験が行われた。低周波音を再生する前と後で、花蜜の糖濃度に有意な差は見られなかった。^[10]花びらが植物の耳のような働きをするのであれば、花の機械的パラメータには自然淘汰があるに違いない。その共振周波数は、サイズ、形状、密度に依存する。花粉媒介者に基づいて植物の特性を比較すると、「騒々しい」花粉媒介者との花の形状にはパターンがある。蜂、鳥、蝶など、それらが受粉する花はすべて、ボウル型/管状の花を持つ。^[13]

植物は、10～240 Hz の音響放射と、20～300 kHz の超音波放射 (UAE) を発します。植物の機械感覚能力の証拠は、根が一方向の 220 Hz の音にさらされ、その後振動源の方向に成長するときに示されます。^[6]電気グラフ振動検出を使用して、トウモロコシ植物の根の先端の伸長ゾーンに沿って、大きな頻繁なクリック音の形で構造化された音波放射が検出されました。植物が隣接する植物との接触、化学信号、光信号の交換から隔離されている場合でも、代替メカニズムを通じて近隣の植物を感知し、親戚を検出することができます。その中で、音の振動が重要な役割を果たす可能性があります。さらに、超音波放射 (UAE) は、高張力下で水柱が崩壊することによって生じるさまざまな植物で検出されています。^[14] UAE の研究では、干ばつ状態の有無に基づいて、異なる周波数の音放射が示されています。UAE が植物によってコミュニケーションメカニズムとして使用されているかどうかは不明です。^[15]

植物で音波が作られ、検出される明確なメカニズムはわかっていませんが、考えられるメカニズムを明らかにする理論はあります。帯電した細胞膜と細胞壁によって引き起こされる機械的振動は、音響放射生成の有力な仮説です。ミオシンやその他の機械化学酵素は、ATPの形で化学エネルギーを使用して細胞内で機械的振動を生み出しますが、植物細胞内での音波生成にも寄与している可能性があります。これらのメカニズムは、細胞骨格成分の全体的なナノ機械的振動につながり、低周波と高周波の両方の振動を生み出す可能性があります。^[6]

• 植物の急速な動き
• 植物の知覚（生理学）