Cây cối phát ra âm thanh để biểu lộ sự căng thẳng của chúng như thế nào?

Một trong những thí nghiệm tư duy phổ biến về cây cối buộc chúng ta phải thách thức các giả định về quan điểm và quan sát.

Nó xuất hiện dưới dạng một câu hỏi đơn giản: Nếu một cái cây đổ trong rừng mà không có ai xung quanh để nghe, liệu nó có tạo ra âm thanh không? Nhưng đây có lẽ là một câu hỏi thực tế hơn: Khi một cây cà chua khát nước, liệu nó có phát ra âm thanh không?

Theo một nghiên cứu đột phá của các nhà khoa học thực vật từ Đại học Tel Aviv và đồng nghiệp của họ ở Hoa Kỳ, câu trả lời cho câu hỏi thứ hai này là có. Công trình nghiên cứu của các nhà khoa học này gợi ý rằng khi gặp căng thẳng, thực vật phát ra những âm thanh độc đáo có thể được phát hiện từ cách xa vài mét. Những âm thanh này không chỉ là những tiếng ngẫu nhiên – các nhà khoa học đã sử dụng mô hình học máy để nhận diện những vấn đề về thể chất của cây, như thiếu nước và bị tổn thương, dựa trên những âm thanh mà chúng phát ra. Nói cách khác, cây cối sử dụng âm thanh để giao tiếp khi chúng căng thẳng.

Nghiên cứu thực vật chưa từng có

Chúng ta đều biết rằng thực vật phát ra các tín hiệu vật lý khi chúng bị căng thẳng. Khi cây cà chua trong vườn của bạn bắt đầu héo, có thể bạn sẽ tưới nước cho chúng nhiều hơn. Tương tự, cây Monstera của bạn có thể cần nhiều nitơ hơn nếu lá của nó chuyển đột ngột từ xanh đậm sang xanh nhạt.

Cây cối cũng phát ra các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi – những chất hóa học được giải phóng dưới dạng khí mà các cây khác có thể phản ứng lại. Ví dụ, những cây phát hiện ra hợp chất của một cây khác bị sâu bướm gặm nhấm sẽ phản ứng bằng cách tăng cường phòng thủ chống lại sâu bệnh, có thể bằng cách thay đổi các chất độc hại hoặc khó ăn sang lá và thân của chúng.

Nói một cách ngắn gọn, cây cối có thể phát ra các tín hiệu thị giác, hóa học và xúc giác để biểu lộ sự không hài lòng của chúng. Nhưng nghiên cứu chưa từng chứng minh liệu chúng có thể biểu đạt qua âm thanh hay không.

Chúng ta biết rằng chúng tạo ra tiếng động

Chúng ta đều đã nghe thấy tiếng gãy của gỗ. Chúng ta cũng biết rằng cây cối có thể phản ứng lại tiếng động. Ví dụ, các nhà khoa học đã chứng minh rằng thực vật thay đổi sự biểu hiện của các gen cụ thể hoặc tăng cường nồng độ đường trong mật hoa để đáp lại âm thanh.

Nhưng các nghiên cứu trước đây chưa thể trả lời được liệu cây cối có tạo ra những âm thanh có thể lan truyền trong không khí mà các sinh vật khác có thể nghe thấy và phản ứng lại hay không. Chính lỗ hổng kiến thức đó đã thôi thúc một nhóm các nhà khoa học, do nhà nghiên cứu Itzhak Khait dẫn đầu, tìm hiểu câu hỏi đã tồn tại từ lâu này.

Tạo ra một âm thanh căng thẳng

Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm trên cây cà chua và cây thuốc lá bằng cách áp dụng các phương pháp xử lý khác nhau, bao gồm làm tổn thương cây qua các vết cắt trên thân cây và để cây khô hạn. Họ ghi âm các nhóm này trong một phòng thu âm và so sánh với nhóm cây khỏe mạnh được làm đối chứng. Cây trong các nhóm bị căng thẳng đã phát ra nhiều âm thanh hơn đáng kể, với trung bình từ 15 đến 35 tiếng động mỗi giờ tùy thuộc vào nhóm. Các cây trong nhóm đối chứng phát ra trung bình ít hơn 1 âm thanh mỗi giờ.

Nếu bạn muốn biết cây cối nghe như thế nào, bạn có thể nghe bản ghi âm thực tế của cây cà chua. (Những âm thanh này không thể nghe thấy bằng tai người, nên các nhà nghiên cứu đã điều chỉnh bản ghi âm để đưa chúng vào dải âm có thể nghe được.)

Tiếp theo, các nhà nghiên cứu đã sử dụng máy tính. Họ huấn luyện các mô hình học máy để phân loại loài cây và tình trạng của chúng dựa trên âm thanh phát ra. Các nhà nghiên cứu chia âm thanh thành các nhóm tương ứng với bốn tổ hợp có thể có của hai loài cây (cà chua và thuốc lá) với hai phương pháp xử lý (thiếu nước và bị cắt). Tổng thể, mô hình hoạt động khá tốt. Nó xác định chính xác tình trạng căng thẳng của một cây dựa trên âm thanh của cây đó hơn 70% lần, gợi ý rằng các tác nhân gây căng thẳng khác nhau tạo ra những âm thanh đặc trưng.

Hiệu suất mạnh mẽ của mô hình vẫn được duy trì ngay cả trong nhà kính. Mặc dù có nhiều tiếng ồn xung quanh như gió, điều hòa không khí và công việc bảo trì, mô hình này vẫn phân biệt chính xác cây bị căng thẳng và cây đối chứng hơn 84% lần.

Bùng nổ một mạch mạch của cây

Nghiên cứu này bổ sung vào một lượng lớn tài liệu nghiên cứu đang phát triển, cho chúng ta thấy rằng thực vật tương tác nhiều hơn chúng ta từng nghĩ. Các nhà khoa học đã ghi nhận âm thanh từ năm loài khác nhau, bao gồm cây lúa mì, xương rồng pincushion và cây nho, cho thấy rằng hiện tượng phát ra âm thanh có thể là phổ biến ở thực vật.

Vậy làm thế nào cây cối tạo ra âm thanh? Các tác giả đề xuất rằng âm thanh xuất phát qua hiện tượng nổ vi khí trong các mạch xylem khi các bọt khí chứa đầy khí trong mạch xylem vỡ ra. Quá trình này tạo ra những cú sốc nhỏ lan truyền khắp mô của cây để tạo ra các sóng âm có thể phát hiện được.

Những âm thanh này có thể không phải là có chủ đích, như ngôn ngữ của con người hay tiếng sủa của chó. Nhưng ngay cả khi chúng là ngẫu nhiên, chúng vẫn có thể mang ý nghĩa sinh thái, vì các sinh vật khác có thể sử dụng chúng để đưa ra quyết định. Nếu một thuật toán học máy có thể phân biệt được những âm thanh này, thì cũng có thể các loài động vật tương tác với thực vật đã tiến hóa để giải mã những âm thanh này. Thực tế, bất kỳ sinh vật nào có khả năng nghe trong dải siêu âm từ 20 – 100 kilohertz – bao gồm chuột, bướm đêm và các loài côn trùng khác – đều có thể phát hiện những âm thanh này từ 3 đến 5 mét. Một con bướm đêm, chẳng hạn, có thể tránh đẻ trứng lên một cây cà chua đang thiếu nước hoặc bị bệnh.

Những tương tác này vẫn chỉ là giả thuyết vào thời điểm này. Cần thêm nhiều nghiên cứu để xác định điều kiện cây cối tạo ra âm thanh và cách những âm thanh này có thể ảnh hưởng đến các sinh vật khác trong môi trường tự nhiên. Tuy nhiên, nghiên cứu này có những ứng dụng tức thì cho nông nghiệp. Âm thanh phát ra có thể được sử dụng để giám sát tình trạng hydrat hóa và thậm chí là tình trạng nhiễm bệnh – những vấn đề quan trọng trong ngành nông nghiệp. Việc tưới tiêu chính xác hơn có thể tiết kiệm chi phí nước đáng kể và có thể tăng năng suất đáng kể.

Những câu hỏi cần trả lời

Như phần lớn các nghiên cứu tốt, bài báo này mở ra nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời. Trong điều kiện nào cây cối phát ra âm thanh? Liệu chúng chỉ phát ra âm thanh khi chúng gặp căng thẳng gây ra sự thay đổi ở xylem, như khi thiếu nước? Liệu chúng có tạo ra âm thanh khi bị bệnh hoặc bị động vật ăn lá? Cuối cùng, những âm thanh này nghe như thế nào đối với các sinh vật khác và ảnh hưởng như thế nào đến chúng trong môi trường tự nhiên?

Nếu có thể, chúng ta sẽ hỏi cây cối về điều đó.