Американские инженеры услышали «голос» кукурузы

Американские ботаники и инженеры услышали как растет кукуруза. Они использовали пьезоэлектрические контактные микрофоны и зафиксировали звуки, которые издает растущий стебель. Ученые рассказали о результатах исследования на совместной конференции Акустического общества Соединенных Штатов и Акустического общества Японии, которая проходит на этой неделе в столице Гавайев Гонолулу. Также об исследовании сообщается на Phys.org.

США является мировым лидером по производству кукурузы, в год здесь собирается свыше 330 миллионов тонн. Одновременно кукуруза — самая распространенная зерновая культура в Соединенных Штатах; она произрастает преимущественно в штатах Иллинойс и Айова, для которых летом характерна жаркая влажная погода и сильные ветра. Поэтому одной из основных причин снижения урожайности становится полегание растений (наклон или поломка стебля или всего растения). Наибольший урон ветер наносит растениям либо в середине июля, в период интенсивного роста молодых побегов, либо после созревания кукурузного початка, но еще до сбора урожая. Ученые более 100 лет пытаются придумать, как предохранить посевы от полегания, но пока не преуспели в этом.

Авторы нового исследования изучили рост и падение растений с помощью акустико-эмиссионных методов. Они основаны на том, что материалы во время деформации испускают звуковое излучение, которое можно зафиксировать и определить, где образовался дефект. Акустико-эмиссионные методы используют для распознавания трещин в твердых объектах и определения износа конструкции.

Ученые решили применить акустико-эмиссионные методы для изучения роста и падения кукурузы. Для этого они использовали пьезоэлектрические контактные микрофоны. Исследователи проводили эксперименты в июле 2016 года на кукурузных полях в штате Небраска, а уже созревшие растения они изучали в Южной Африке.

По словам ведущего автора исследования Дугласа Кука из Нью-Йоркского университета, кукуруза во время роста постоянно испускает акустические волны, но они слишком слабые и не различимы невооруженным ухом. Ученый говорит, что звук падающего растения похож на звуки лопающихся кукурузных зерен. «Теперь мы думаем, что при росте растений случаются миллионы микро-разрывов, которые запускают у растения механизм «ремонта» повреждений. С помощью постоянных разрывов и их исправления растение может расти выше и выше», — объясняет Кук.

По словам Кука сотрудничество ботаников и инженеров началось недавно и сейчас исследователи только изучают процессы роста и развития растений, которые позволят селекционерам вывести сорта, устойчивые к полеганию. Например, исследователи выяснили, что кукурузные листья помогают растению сохранять устойчивость во время быстрого роста.  Теперь ботаникам при выведении более устойчивых сортов кукурузы нужно будет обратить внимание на листья.

В настоящее время авторы исследования с помощью компьютерной томографии получают 3D изображения кукурузы. Также они планируют использовать магнитно-резонансное сканирование, чтобы визуализировать рост и развитие растений. «Мы хотим лучше изучить стеблевое полегание, чтобы определить «слабое звено» процесса. Тогда ботаники смогут попробовать улучшить прочность и устойчивость стебля», — говорит Кук.