Почва под нашими ногами полна электрических сигналов, посылаемых с одного растения на другое, согласно исследованию, в котором участвовал заслуженный профессор Алабамского университета в Хантсвилле на факультете электротехники и вычислительной техники.
Юрий Штессель из Алабамского университета в Хантсвилле и Александр Волков, профессор биохимии в Университете Оквуд, являются соавторами статьи, в которой использовались физические эксперименты и математическое моделирование для изучения передачи электрических сигналов между растениями томатов.
Специальность доктора Штесселя - техника управления. Алгоритмы управления широко применяются в различных дисциплинах, например, в управлении аэрокосмическими аппаратами.
В Оквуде доктор Волков изучал распространение электрического сигнала в растениях, а также между растениями через сеть микоризных грибов, которые повсеместно распространены в почве и, по-видимому, действуют как схемы. Микориза — симбиотическая ассоциация мицелия гриба с корнями высших растений. Пара ученых впервые сотрудничала в исследовании в 2017 году.
«Доктор Волков является выдающимся ученым в области биохимии. Однажды мы говорили о распространении электрического сигнала через ствол растения и между растениями - связь растений - через почву», - говорит доктор Штессель. «Я предложил построить эквивалентную электрическую цепь и соответствующую математическую модель, которая описывает эти процессы».
Математическое моделирование основано на обыкновенных и дифференциальных уравнениях в частных производных. Доктор Штессель отвечал за построение моделей, управление имитирующей моделью и создание графиков.
«Какие преимущества можно извлечь из математического моделирования коммуникационных процессов?» он спросил. «Ответ очень прост: мы можем использовать математическую модель для моделирования изучаемых процессов на компьютере вместо проведения дорогостоящих и длительных экспериментов».
Растения генерируют электрические сигналы, которые распространяются через их части. Когда корни помидоров экспериментально изолированы друг от друга воздушным зазором, электрический импеданс зазора очень велик.
«Электрические сигналы не пройдут через этот промежуток», - говорит доктор Штессель. В этом эксперименте связь между растениями через их корни была предотвращена, что было обнаружено доктором Волковым.
Однако, когда растения живут в обычной почве, эксперименты, проведенные доктором Волковым, показали, что сопротивление земли не очень велико, и они могут связываться, передавая электрические сигналы друг другу через сеть микоризы в почве.
«Мы изучали экспериментально и аналитически с помощью моделирования коммуникационной сети только между двумя растениями», - говорит доктор Штессель.
Исследование томатов, которое было сосредоточено на экспериментальном изучении и математическом моделировании распространения электрического сигнала между растениями одного вида, открывает новые двери для вопросов о том, связываются ли растения между видами через грибы.
«Я думаю, что вполне возможно, что сигналы могут распространяться через корневую сеть и распространяться в общей почве или почве от томата до, скажем, дуба», - говорит доктор Штессель. «Почва играет роль проводника».
Аналогично, природа любых отправляемых сообщений неизвестна, и возможность познания выходила за рамки эксперимента. Доктор Штессель задает эти чрезвычайно интересные вопросы.
«Не было проведено никаких исследований когнитивной обработки электрических сигналов, передаваемых и получаемых растениями», - говорит он. «Другая проблема заключается в изучении связи растений с помощью электрических волн в воздухе. Это другая история, которая еще не была глубоко изучена».
Исследование описано в статье, опубликованной в журнале Communicative & Integrative Biology.
Источник: Phys.org / University of Alabama in Huntsville
