ساعدت الأصوات على زيادة الإنتاجية

لفترة طويلة، اعتقد علماء النبات أن نمو النبات يتحدد بشكل أساسي بالضوء والرطوبة ودرجة الحرارة والتركيب الكيميائي للتربة. لكن في السنوات الأخيرة ظهرت بيانات كافية تشير إلى أن النباتات قادرة على الاستجابة للمؤثرات الميكانيكية، بما في ذلك الاهتزازات الصوتية. بالطبع، لا يسمعون مثل الحيوانات، لأنهم يفتقرون إلى أجهزة السمع وليس لديهم جهاز عصبي. ومع ذلك، فقد اتضح أن الاهتزازات الميكانيكية يمكن أن تؤثر على عمل الجينات، فضلا عن إثارة ردود الفعل الوقائية وغيرها من ردود الفعل الفسيولوجية. في عام 2014، أجرى علماء النبات الأمريكيون تجربة على نبات الأرابيدوبسيس ثاليانا، والتي أظهرت مدى استجابة النباتات للاهتزازات بشكل انتقائي. عندما أعاد العلماء إنتاج الاهتزازات التي تحدث عندما تأكل اليرقة أوراق الشجر، بدأ نبات الأرابيدوبسيس ثاليانا في إنتاج المزيد من الجلوكوزينات، وهي مواد وقائية تطرد الآفات والعديد من الحشرات العاشبة. وكانت نتائج هذه التجربة هي التي أصبحت أحد الحوافز لمزيد من البحث حول استخدام التأثيرات الصوتية للتحكم في نمو وتطور المحاصيل الزراعية.

قام متخصصون من شركة Haivya في كاليفورنيا، بقيادة أندريا أوت دال، بتطوير “بروتوكول الزراعة والاتصالات الصوتية الحيوية” (BCCP)، وهو نظام للتحكم في تطوير النبات باستخدام إشارات صوتية خاصة. ووفقا للمطورين، فإن هذه الإشارات تخلق مجالات صوتية منظمة تؤثر على عمليات نمو النبات وعلم وظائف الأعضاء والتمثيل الغذائي دون تغيير المواد الكيميائية أو الجينوم. التكنولوجيا لا علاقة لها بالموسيقى بالمعنى المعتاد. يستخدم النظام تسلسلات صوتية مصممة خصيصًا – مجموعات من الترددات ومعلمات توقيت الإشارة التي يمكن تشغيلها من خلال أي مكبر صوت بمستوى صوت لا يزيد عن 80 ديسيبل، تمامًا مثل صوت مطعم صاخب. أكد مطورو هيفيا على أن الضبط الدقيق للتسلسلات الصوتية هو ما يميز طريقتهم عن التقنيات السابقة المستخدمة في التجارب الصوتية الحيوية. يختار البروتوكول معلمات التأثير لمهام محددة – على سبيل المثال، تسريع النمو، أو زيادة الغلة، أو تغيير مورفولوجيا النبات، أو تنظيم تكوين المستقلبات الثانوية. يبدأ التحفيز الصوتي مباشرة بعد إنبات البذور ويستمر طوال دورة حياة النبات. وفي الوقت نفسه، تتغير التركيبات الصوتية مع نمو الثقافة. في مرحلة مبكرة، يتم التركيز على تطوير نظام الجذر. يتحول البرنامج بعد ذلك إلى تحفيز النمو الخضري وتكوين الثمار أو النورات المستقبلية. وفي كل مرحلة، يختار المطورون مجموعة محددة من الترددات.

وفي سلسلة من التجارب الخاضعة للرقابة، اختبرت أوت دال وزملاؤها هذه التكنولوجيا على عدة أنواع من النباتات، بما في ذلك أربعة أنواع من القنب، وبلسم الليمون، والريحان، والنعناع، ​​والفلفل الحلو، وفول الصويا. تم إجراء كل تجربة في مجموعتين – السيطرة والبحث. تمت زراعة النباتات في كلا المجموعتين تحت نفس الإضاءة ودرجة الحرارة والرطوبة والري والتغذية. كان الاختلاف الوحيد هو أن مجموعة البحث خضعت لمعالجة الصوت باستخدام بروتوكولين مختلفين لـ BCCP. قام العلماء بقياس معدل إنبات النباتات، وتطور نظام الجذر، والحجم، وعدد الثمار، واستهلاك المياه، والمحتوى الغذائي. وفقا لنتائج التجارب، لوحظ في مجموعة البحث تأثير واضح في جميع الأنواع. أدى التعرض للصوت إلى إنبات أسرع وجذور أقوى وزيادة في عدد البراعم. لكن الاهتمام الأكبر لمؤلفي العمل العلمي انجذب إلى مؤشرات العائد. وهكذا، ارتبط أحد بروتوكولات BCCP بزيادات في الغلة تتراوح بين 34 إلى 104 بالمائة. والطريقة الأخرى هي تسريع دورة نمو بعض النباتات بنسبة 10-25 بالمائة وتقليل النضج لعدة أيام. أظهرت تجارب منفصلة على القنب تأثيرًا أكثر وضوحًا. وقد زاد حجم الكتلة الحيوية القابلة للتسويق بنسبة 90 في المائة، وانخفض استهلاك المياه بنسبة 34 في المائة لكل وحدة إنتاج.

ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن العلماء أجروا تجارب على عدد صغير من النباتات – من شتلة واحدة إلى ستة شتلات من كل نوع، لذلك لا يمكن اعتبار النتائج مثبتة بشكل لا لبس فيه. لمجرد أن العلماء اختبروا تقنية ما على ثلاثة نباتات فقط من كل نوع ورأوا أنها أنتجت غلات أفضل من مجموعة المراقبة، فإن هذا لا يعني أن نفس النتيجة سوف تتكرر على آلاف النباتات في الحقل. من الممكن أن يكون الاختلاف قد حدث بسبب الصدفة بسبب عينات معينة، أو ظروف النمو، أو عوامل أخرى. يظل المجتمع العلمي حذرًا بشأن النتائج التي توصل إليها فريق أوت-دال. لم تتم مراجعة الدراسة بعد من قبل النظراء. ويعتقد الخبراء أنه يجب التحقق من النتائج من خلال تجارب جديدة مع عدد أكبر من العينات والتجارب التي يتم إعادة إنتاجها في ظل ظروف معملية مختلفة. لا تزال الآلية الدقيقة لعمل بروتوكولات BCCP على النباتات غير مفهومة جيدًا. ويرتبط أحد التفسيرات المحتملة بالنقل الميكانيكي، أي قدرة النباتات على إدراك التأثيرات الميكانيكية وتحويلها إلى إشارات كيميائية حيوية. تحت تأثير الاهتزازات، يمكن تنشيط القنوات الحساسة ميكانيكيًا لأغشية الخلايا، مما يسبب تغيرات في تركيز أيونات الإشارة، وخاصة الكالسيوم، ويؤدي إلى سلسلة من التفاعلات المرتبطة بنمو وتطور النباتات. هناك تفسير آخر محتمل. لا يمكن أن تؤثر الموجات الصوتية بشكل مباشر على النباتات فحسب، بل تؤثر أيضًا على بيئتها – على سبيل المثال، تغيير الخصائص الفيزيائية للتربة والعمليات التي تحدث في منطقة نظام الجذر. النتائج التي توصل إليها الباحثون متاحة للجمهور على منصة ResearchGate كطبعة أولية.