La bioacústica vegetal se refiere a la creación de ondas sonoras por parte de las plantas. Las emisiones sonoras medidas por las plantas, así como las tasas diferenciales de germinación, las tasas de crecimiento y las modificaciones de comportamiento en respuesta al sonido están bien documentadas. [1] Las plantas detectan a sus vecinos por otros medios además de las señales comunicativas bien establecidas, incluyendo sustancias químicas volátiles, detección de luz, contacto directo y señalización de raíces. [2] [3] [4] Debido a que las ondas sonoras viajan eficientemente a través del suelo y pueden producirse con un gasto mínimo de energía, las plantas pueden usar el sonido como un medio para interpretar su entorno y sus alrededores. La evidencia preliminar apoya que las plantas crean sonido en las puntas de las raíces cuando las paredes celulares se rompen. [5] Debido a que las raíces de las plantas responden solo a las ondas sonoras a frecuencias que coinciden con las ondas emitidas por las propias plantas, es probable que las plantas puedan recibir y transducir vibraciones sonoras en señales para provocar modificaciones de comportamiento como una forma de comunicación subterránea. [6]
La polinización por zumbido , o sonicación, sirve como ejemplo de una respuesta conductual a frecuencias específicas de vibraciones en las plantas. Unas 20.000 especies de plantas, [7] incluidas Dodecatheon y Heliamphora han desarrollado polinización por zumbido en la que liberan polen de las anteras solo cuando vibran a una determinada frecuencia creada exclusivamente por los músculos de vuelo de las abejas. Las vibraciones hacen que los gránulos de polen ganen energía cinética y escapen de los poros de las anteras. [8]
De manera similar a la polinización por zumbido, existe una especie de onagra que ha demostrado responder a los aleteos de las abejas y a sonidos de frecuencias similares produciendo néctar más dulce. Oenothera drummondii (onagra de playa) es un subarbusto perenne nativo del sureste de los Estados Unidos, pero se ha naturalizado en casi todos los continentes. [9] La planta crece entre dunas costeras y entornos arenosos. Se ha descubierto que las flores de O. drummondii producen néctar significativamente más dulce en tres minutos cuando se exponen a aleteos de abejas y sonidos artificiales que contienen frecuencias similares. [10] Una posibilidad para este comportamiento es el hecho de que si la planta puede sentir cuando un polinizador está cerca, existe una alta probabilidad de que otro polinizador esté en el área momentáneamente. Para aumentar la posibilidad de polinización, se produce néctar con una mayor concentración de azúcar. Se ha planteado la hipótesis de que la flor sirve como el "oído" que contiene mecanorreceptores en las membranas plasmáticas de las células para detectar la vibración mecánica. [10] Un posible mecanismo detrás de esto es la activación de mecanorreceptores por ondas sonoras, lo que provoca un flujo de Ca 2+ en la célula de la planta haciendo que se despolarice [11] Debido a las frecuencias específicas producidas por las alas de los polinizadores, tal vez solo una cantidad distinta de Ca 2+ ingresa a la célula, lo que en última instancia determinaría las hormonas vegetales y la expresión de genes involucrados en el efecto descendente. La investigación ha demostrado que existe un gen similar a la calmodulina que podría ser un sensor de concentraciones de Ca 2+ en las células, por lo tanto, las cantidades de Ca 2+ en una célula vegetal podrían tener efectos sustanciales sobre la respuesta a un estímulo. [12] Debido a las hormonas y genes expresados en los pétalos de la flor, el transporte de azúcar en el néctar aumentó en aproximadamente un 20%, lo que le da una concentración más alta en comparación con el néctar de flores que estuvieron expuestas a frecuencias más altas o ningún sonido en absoluto. [10] Se utilizó un LDV (vibrómetro láser Doppler) para determinar si las grabaciones darían como resultado la vibración de los pétalos. Se demostró la velocidad de los pétalos en respuesta a una señal sonora de abeja y polilla, así como a retroalimentaciones de baja frecuencia, pero no a retroalimentaciones de alta frecuencia. [10] Las concentraciones de azúcar del néctar se midieron antes y después de que las plantas fueran expuestas al sonido; solo se observó un aumento significativo en la concentración de azúcar cuando se reprodujeron sonidos de baja frecuencia (similares a los aleteos de las abejas) y de abejas. [10]Para validar que la flor era el órgano que percibía la vibración del polinizador, se realizó un experimento en el que las flores se cubrieron con un frasco de vidrio, mientras que el resto de la planta quedó expuesta. La concentración de azúcar del néctar no mostró diferencias significativas antes y después de reproducir el sonido de baja frecuencia. [10] Si los pétalos actúan como las orejas de la planta, entonces debe haber una selección natural sobre los parámetros mecánicos de la flor. Su frecuencia de resonancia depende del tamaño, la forma y la densidad. Al comparar los rasgos de las plantas en función de sus polinizadores, existe un patrón entre las formas de las flores con los polinizadores “ruidosos”. Abejas, pájaros y mariposas: las flores que polinizan corresponden a flores con forma de cuenco/tubular. [13]
Las plantas emiten emisiones acústicas de audio entre 10 y 240 Hz, así como emisiones acústicas ultrasónicas (UAE) entre 20 y 300 kHz. La evidencia de las capacidades mecanosensoriales de las plantas se muestra cuando las raíces se someten a un sonido unidireccional de 220 Hz y posteriormente crecen en la dirección de la fuente de vibración. [6] Utilizando la detección vibracional por electrógrafo, se detectaron emisiones de ondas sonoras estructuradas a lo largo de la zona de elongación de las puntas de las raíces de las plantas de maíz en forma de chasquidos fuertes y frecuentes. Cuando las plantas están aisladas del contacto, el intercambio de señales químicas y luminosas con las plantas vecinas, aún pueden sentir a sus vecinas y detectar a sus parientes a través de mecanismos alternativos, entre los que las vibraciones sonoras podrían desempeñar un papel importante. Además, se han detectado emisiones acústicas ultrasónicas (UAE) en una variedad de plantas diferentes que resultan del colapso de columnas de agua bajo alta tensión. [14] Los estudios de UAE muestran diferentes frecuencias de emisiones sonoras en función de si hay o no condiciones de sequía. No se sabe si las plantas utilizan o no las UAE como mecanismo de comunicación. [15]
Aunque no se conocen los mecanismos explícitos a través de los cuales se crean y detectan las emisiones sonoras en las plantas, existen teorías que arrojan luz sobre los posibles mecanismos. Las vibraciones mecánicas causadas por las membranas y paredes celulares cargadas son una hipótesis principal para la generación de emisiones acústicas. Las miosinas y otras enzimas mecanoquímicas que utilizan energía química en forma de ATP para producir vibraciones mecánicas en las células también pueden contribuir a la generación de ondas sonoras en las células vegetales. Estos mecanismos pueden conducir a oscilaciones nanomecánicas generales de los componentes del citoesqueleto, que pueden generar vibraciones tanto de baja como de alta frecuencia. [6]
... Por ejemplo, unas 20.000 especies utilizan la polinización por zumbido...