Оптимально подобранные звуковые волны оказывают не только положительное воздействие на рост сельскохозяйственных культур, но и увеличивают их продуктивность – к такому заключению пришли ученые в ходе свежего исследования. Они создали методику воздействия на этапы развития растений посредством акустических сигналов, исключая при этом генетические модификации или применение химических веществ. В рамках проведённых опытов было зафиксировано улучшение урожайности мяты, сои, сладкого перца и конопли.

В течение длительного периода времени специалисты в области ботаники считали, что формирование растений определяется преимущественно освещением, уровнем влажности, температурным режимом и химическим составом грунта. Однако за последнее время накопилось достаточно информации, свидетельствующей о том, способны реагировать растения реагируют также на механические воздействия, включая звуковые колебания.

Безусловно, они не воспринимают звук подобно животным, поскольку у них отсутствуют специализированные органы слуха и центральная нервная система. Тем не менее установлено, что вибрации способны оказывать влияние на экспрессию генов, а также провоцировать активацию защитных механизмов и других физиологических процессов.

В 2014 году американские ботаники провели эксперимент с резушкой Таля (Arabidopsis thaliana), который продемонстрировал специфичность реакций растений на колебания. Когда исследователи имитировали вибрационные сигналы, возникающие при поедании листвы гусеницами, Arabidopsis thalianaРастение стало производить увеличенное количество глюкозинолатов, которые являются защитными соединениями и способны отпугивать насекомых-вредителей и других растительноядных существ.

Полученные данные послужили одним из ключевых факторов для продолжения работы в области применения звуковых воздействий с целью регулирования роста и развития сельскохозяйственных растений.

Сотрудники компании Haivya из Калифорнии под руководством Андреа Отт-Даль ( Andrea Ott-Dahl) создали методику «биоакустического выращивания и коммуникации» (Bioacoustic Cultivation and Communication Protocol, BCCP), представляющую собой подход к управлению ростом растений посредством целенаправленных акустических сигналов. Согласно утверждениям авторов технологии, эти сигналы формируют организованные звуковые поля, воздействующие на процессы роста, физиологические функции и метаболизм растений без использования химикатов или генетических модификаций.

Данная технология не имеет отношения к музыке в общепринятом понимании. Система использует специально разработанные акустические последовательности – сочетания частот и временных характеристик сигнала, которые могут быть воспроизведены через любой громкоговоритель на умеренной. не выше 80 децибел, примерно так же звучит шумный ресторан.

Представители Haivya акцентировали внимание на том, что точная калибровка звуковых сигналов является ключевым отличием их подхода от предшествующих биоакустических технологий. Используемый протокол предусматривает адаптацию параметров воздействия в зависимости от поставленных целей – будь то ускорение роста, увеличение урожая, изменение структуры растений или контроль над составом биологически активных веществ.

Воздействие звуком начинается сразу после появления ростков и продолжается на протяжении всей жизни растения. При этом применяемые звуковые сочетания изменяются в соответствии с этапами развития культуры. На начальном этапе делается упор на развитие корневой системы, затем программа переходит к стимулированию роста надземной части и формированию будущих плодов или соцветий. Для каждой фазы разработки предусмотрен свой набор частот.

В ходе ряда тщательно спланированных опытов Отт-Даль и ее научная группа оценили эффективность данной технологии, используя различные растения: четыре разновидности конопли, мелиссу, базилик, мяту, сладкий перец и сою. Каждое исследование осуществлялось с участием двух групп – контрольной и экспериментальной. Условия выращивания для обеих групп были идентичными в отношении освещения, температуры окружающей среды, уровня влажности, режима полива и обеспечения питательными веществами. Единственное различие заключалось в применении звуковой обработки по двум различным методикам BCCP к растениям из исследовательской группы.

Специалисты фиксировали такие параметры у растений, как скорость появления всходов, формирование корневой системы, размеры стеблей и листьев, количество плодов на растении, потребление воды и концентрация полезных веществ. Анализ полученных данных показал выраженный положительный эффект от звукового воздействия во всех протестированных видах. Обработка звуком стимулировала более быстрое появление всходов, способствовала развитию крепкой корневой системы и увеличила количество боковых побегов. Особое внимание исследователей привлекла динамика урожайности.

Согласно данным исследований, один из протоколов BCCP обеспечил увеличение урожая в пределах от 34 до 104 процентов. Другой метод позволил ускорить цикл развития определенных растений на 10-25 процентов и сократить период созревания на несколько дней.

В отдельных испытаниях с использованием конопли был зафиксирован еще более значительный результат: объем биомассы, пригодной для коммерческой реализации, увеличился на 90 процентов, а расход воды снизился на 34 процента в расчете на единицу произведенной продукции.

Тем не менее, важно указать, что исследования проводились с ограниченным числом экземпляров – от одного до шести молодых растений каждого сорта. Поэтому полученные данные пока нельзя считать окончательными и неоспоримыми. Если эксперимент затрагивал всего три растения из каждой группы и продемонстрировал увеличение урожайности в сравнении со стандартной группой, это не гарантирует аналогичного эффекта при использовании тысяч экземпляров на сельскохозяйственных полях. Возникшая разница могла быть обусловлена случайными факторами, такими как индивидуальные характеристики отдельных растений или особенности условий их содержания.

В научном мире проявляют сдержанность в отношении выводов, представленных группой Отт-Даль. Данная работа еще не подверглась независимой экспертизе и проверке компетентными специалистами. Эксперты полагают, что для подтверждения результатов необходимы дополнительные исследования с использованием большего количества образцов и повторение экспериментов в различных лабораторных условиях.

Механизм воздействия протоколов BCCP на растения до сих пор недостаточно ясен. Одним из вероятных объяснений является механотрансдукция – способность растений реагировать на механические стимулы, преобразуя их в биохимические сигналы. Вибрации могут активизировать чувствительные к механическим воздействиям каналы клеточных мембран, что приводит к изменениям концентрации ионов сигнала, особенно кальция, и запускает цепь реакций, влияющих на рост и развитие растений.

Существует также альтернативное предположение. Звуковые колебания могут оказывать влияние не только непосредственно на растения, но и на окружающую их среду – например, модифицировать физические характеристики почвы или процессы, протекающие в корневой зоне.

Выводы исследователей размещены в открытом доступе на платформе ResearchGate в виде препринта.