La prossima volta che vi lasciate cullare dal ticchettio della pioggia fuori dalla finestra, pensate a come suonerebbe quello stesso suono se foste un minuscolo seme piantato direttamente sotto una goccia in caduta libera. Provereste la stessa sensazione di tranquillità? In realtà, gli ingegneri del MIT hanno scoperto il contrario: alcuni semi potrebbero risvegliarsi al suono della pioggia. In esperimenti con semi di riso, il team ha scoperto che il suono delle gocce in caduta li risvegliava efficacemente dal loro stato di dormienza, stimolandoli a germinare più velocemente rispetto ai semi non esposti alle stesse vibrazioni sonore.
I risultati del team, pubblicati sulla rivista Scientific Reports , rappresentano la prima prova diretta che i semi e le piantine delle piante possono percepire i suoni in natura. Gli esperimenti hanno previsto l’immersione di semi di riso in acqua bassa. Il riso può germinare sia nel terreno che in acqua bassa. I ricercatori sospettano che molte specie di semi simili possano reagire anche al suono della pioggia.
Il team ha elaborato un’ipotesi per spiegare come i semi possano fare ciò. Hanno scoperto che quando una goccia di pioggia colpisce la superficie di una pozzanghera o del terreno, genera un’onda sonora che fa vibrare l’ambiente circostante, compresi i semi sommersi a poca profondità. Queste vibrazioni possono essere abbastanza forti da spostare gli statoliti di un seme, che sono minuscoli organelli sensibili alla gravità presenti in alcune cellule del seme. Quando questi statoliti vengono scossi, il loro movimento funge da segnale per i semi e le piantine, stimolandone la crescita e la germinazione.
“Questo studio dimostra che i semi sono in grado di percepire i suoni in modi che possono aiutarli a sopravvivere”, afferma l’autore dello studio Nicholas Makris, professore di ingegneria meccanica al MIT. “L’energia del suono della pioggia è sufficiente ad accelerare la crescita di un seme.”
Makris e la sua coautrice, Cadine Navarro, ex studentessa laureata presso il Dipartimento di Studi Urbani e Pianificazione del MIT, sospettano che il suono della pioggia sia simile alle vibrazioni generate da altri fenomeni naturali come il vento. Hanno in programma di proseguire questa ricerca per studiare altre vibrazioni e suoni naturali che le piante potrebbero percepire.
Scontri sonori
Le piante sono sorprendentemente percettive. Per sopravvivere, si sono evolute sviluppando la capacità di percepire e reagire agli stimoli circostanti. Alcune si chiudono di scatto al tatto, mentre altre si ripiegano su se stesse se esposte a odori tossici. E naturalmente, la maggior parte delle piante reagisce alla luce, protendendosi verso il sole per favorire la crescita.
Anche le piante sono in grado di percepire la gravità. Le radici di una pianta crescono verso il basso, mentre i germogli si spingono verso l’alto, contrastando la forza di gravità. Un modo in cui le piante percepiscono e reagiscono alla gravità è attraverso gli statoliti. Gli statoliti sono più densi del citoplasma di una cellula e possono spostarsi e affondare al suo interno, come un granello di sabbia in un barattolo d’acqua. Quando uno statolite si deposita sul fondo, la sua posizione sulla membrana cellulare riflette la direzione della gravità e indica dove dovrebbe crescere la radice o il germoglio di un seme. Gli scienziati hanno scoperto che, se lo statolite viene spostato, anche questo può stimolare una maggiore crescita del seme.
Makris, il cui lavoro si concentra sull’acustica in diverse discipline, si incuriosì quando Navarro gli pose delle domande sui semi e sul suono. Si chiesero: il suono potrebbe essere sufficiente a smuovere gli statoliti e stimolare la crescita di un seme? E se sì, quali suoni in natura potrebbero essere abbastanza forti da avere un simile effetto?
“Sono tornato a esaminare i lavori svolti da alcuni colleghi negli anni ’80, che misuravano il suono della pioggia sott’acqua. Se controllate, vedrete che è molto più forte che nell’aria”, afferma Makris. “Questo è dovuto al fatto che l’acqua è più densa dell’aria, quindi la stessa goccia crea onde di pressione più grandi sott’acqua. Pertanto, se siete un seme che si trova a pochi centimetri dall’impatto di una goccia di pioggia, il tipo di pressione sonora che sperimentereste in acqua o nel terreno è equivalente a quella a cui sareste soggetti a pochi metri da un motore a reazione in aria.”
Secondo l’ipotesi di Makris e Navarro, tali onde sonore generate dalla pioggia potrebbero essere sufficienti a smuovere gli statoliti e, di conseguenza, a stimolare la crescita di un seme.
Collegare i punti di una goccia
Per verificare questa ipotesi, i ricercatori hanno condotto esperimenti con semi di riso, che crescono naturalmente in campi acquitrinosi poco profondi. Attraverso un gran numero di esperimenti ripetuti, il team ha immerso circa 8.000 singoli semi di riso in vaschette d’acqua poco profonde ed ha esposto alcune sezioni di essi al gocciolamento dell’acqua. Hanno variato le dimensioni e l’altezza di ogni goccia d’acqua per simulare le gocce di pioggia durante temporali leggeri, moderati e intensi.
Hanno inoltre utilizzato un idrofono per misurare le vibrazioni acustiche generate sott’acqua dalle gocce d’acqua. Hanno confrontato queste misurazioni con le registrazioni effettuate sul campo, ad esempio in pozzanghere, stagni, zone umide e terreni durante i temporali. I confronti hanno confermato che le gocce d’acqua prodotte in laboratorio generavano vibrazioni acustiche indotte dalla pioggia, proprio come in natura.
Osservando i semi di riso, i ricercatori hanno scoperto che i gruppi di semi esposti al suono dell’acqua germinavano dal 30% al 40% più velocemente rispetto ai gruppi di semi non esposti al suono della pioggia, pur trovandosi in condizioni altrimenti identiche. Hanno anche constatato che i semi più vicini alla superficie percepivano meglio il suono delle gocce e crescevano più rapidamente, rispetto ai semi più sommersi o più distanti.
Questi esperimenti hanno dimostrato che esiste una connessione tra il suono di una goccia d’acqua e la capacità di un seme di germogliare. I ricercatori ipotizzano che i semi in grado di percepire la pioggia possano avere un vantaggio biologico: se si trovano abbastanza vicini alla superficie da reagire al suono della pioggia, è probabile che si trovino a una profondità ottimale per assorbire l’umidità e germogliare in sicurezza fino alla superficie.
Il team ha quindi effettuato dei calcoli per verificare se le vibrazioni fisiche delle goccioline fossero sufficienti a scuotere gli statoliti microscopici dei semi. In tal caso, ciò indicherebbe il meccanismo attraverso il quale il suono può stimolare direttamente la crescita di una pianta.
Nei loro calcoli, i ricercatori hanno tenuto conto delle dimensioni e della velocità terminale di una goccia di pioggia (la velocità costante che un oggetto in caduta raggiunge alla fine), e hanno calcolato l’ampiezza della vibrazione sonora che la goccia avrebbe generato. Da ciò, hanno determinato in che misura queste vibrazioni nell’acqua o nel terreno avrebbero spostato (scosso) un seme sommerso o interrato, e come un seme scosso avrebbe influenzato gli statoliti microscopici all’interno delle singole cellule.
Makris e Navarro hanno scoperto che gli esperimenti condotti sui semi di riso erano coerenti con i loro calcoli: il suono della pioggia può effettivamente spostare e scuotere gli statoliti di un seme. Questo meccanismo è probabilmente alla base della capacità di una pianta di “percepire” il suono della pioggia e crescere di conseguenza.
“In tutto il mondo sono state condotte brillanti ricerche per svelare i meccanismi alla base della capacità delle piante di percepire la gravità”, osserva Makris. “Il nostro studio ha dimostrato che questi stessi meccanismi sembrano fornire ai semi delle piante un mezzo per percepire la profondità di immersione nel terreno o nell’acqua, fondamentale per la loro sopravvivenza, percependo il suono della pioggia. Ciò conferisce un nuovo significato alla quarta microstagione giapponese, intitolata ‘La pioggia che cade risveglia il terreno'”.
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