Nederlands + English

‘Onze bevindingen suggereren dat de wereld om ons heen vol zit met plantengeluiden, en dat deze geluiden informatie bevatten.’

Door Ben Rappaport, United with Israel

Planten zenden geluiden uit, volgens de bevindingen van een studie uitgevoerd door onderzoekers van de Israëlische Tel Aviv Universiteit.

De studie concludeerde dat de klik-achtige geluiden die planten maken, vergelijkbaar zijn met het knallen van popcorn, worden uitgezonden op een volume dat vergelijkbaar is met menselijke spraak, maar met hoge frequenties, buiten het gehoorbereik van het menselijk oor.

“We ontdekten dat planten gewoonlijk geluiden maken wanneer ze onder stress staan, en dat elke plant en elk type stress gepaard gaat met een specifiek identificeerbaar geluid”, aldus de onderzoekers. “Hoewel ze voor het menselijk oor niet waarneembaar zijn, kunnen de door planten uitgezonden geluiden waarschijnlijk worden gehoord door verschillende dieren, zoals vleermuizen, muizen en insecten.”

De studie werd geleid door prof. Lilach Hadany van de School of Plant Sciences and Food Security van de Wise Faculty of Life Sciences, samen met prof. Yossi Yovel, hoofd van de Sagol School of Neuroscience en faculteitslid aan de School of Zoology en het Steinhardt Museum of Natural History, en onderzoeksstudenten Itzhak Khait en Ohad Lewin-Epstein, in samenwerking met onderzoekers van de Raymond en Beverly Sackler School of Mathematical Sciences, het Institute for Cereal Crops Research, en de Sagol School of Neuroscience – allen aan de Universiteit van Tel Aviv. Het artikel is gepubliceerd in het prestigieuze wetenschappelijke tijdschrift Cell.

“Uit eerdere studies weten we dat aan planten bevestigde vibrometers trillingen registreren,” merkte professor Hadany op. “Maar worden deze trillingen ook geluidsgolven in de lucht – namelijk geluiden die op afstand kunnen worden geregistreerd? Onze studie ging in op deze vraag, waarover onderzoekers al vele jaren discussiëren.”

In de eerste fase van de studie plaatsten de onderzoekers planten in een akoestische box in een stille, geïsoleerde kelder zonder achtergrondlawaai. Ultrasone microfoons, die geluiden opnemen met frequenties van 20-250 kilohertz (de maximale frequentie die door een volwassen mens wordt waargenomen is ongeveer 16 kilohertz), werden opgesteld op een afstand van ongeveer 10 cm van elke plant. Het onderzoek richtte zich voornamelijk op tomaten- en tabaksplanten, maar ook tarwe, maïs, cactus en hennep werden geregistreerd.

“Voordat we de planten in de akoestische box plaatsten, onderwierpen we ze aan verschillende behandelingen: sommige planten hadden vijf dagen geen water gekregen, bij sommige was de stengel doorgesneden, en bij andere waren ze onaangeroerd,” legde prof. Hadany uit. “Onze bedoeling was te testen of de planten geluiden uitzenden, en of deze geluiden op enigerlei wijze worden beïnvloed door de toestand van de plant.”

“Uit onze opnamen bleek dat de planten in ons experiment geluiden uitzonden met frequenties van 40-80 kilohertz. Ongestreste planten zonden gemiddeld minder dan één geluid per uur uit, terwijl de gestreste planten – zowel de uitgedroogde als de gewonde – tientallen geluiden per uur uitzonden.”

De aldus verzamelde opnamen werden geanalyseerd door speciaal ontwikkelde algoritmen voor machinaal leren (AI). De algoritmen leerden hoe ze onderscheid konden maken tussen verschillende planten en verschillende soorten geluiden, en waren uiteindelijk in staat om uit de opnames de plant te identificeren en het type en niveau van stress te bepalen.

Bovendien identificeerden en classificeerden de algoritmen plantengeluiden zelfs wanneer de planten in een kas met veel achtergrondlawaai stonden. In de kas volgden de onderzoekers planten die in de loop van de tijd aan een uitdrogingsproces werden onderworpen en ontdekten dat de hoeveelheid geluiden die zij uitzonden tot een bepaalde piek toenam en daarna afnam.

“In deze studie hebben we een zeer oude wetenschappelijke controverse opgelost: we hebben bewezen dat planten wel degelijk geluiden uitzenden!” Prof. Hadany concludeerde. “Onze bevindingen suggereren dat de wereld om ons heen vol zit met plantengeluiden, en dat deze geluiden informatie bevatten – bijvoorbeeld over waterschaarste of schade. Wij nemen aan dat in de natuur de door planten uitgezonden geluiden worden waargenomen door wezens in de buurt, zoals vleermuizen, knaagdieren, diverse insecten en mogelijk ook andere planten – die de hoge frequenties kunnen horen en daaruit relevante informatie kunnen afleiden. Wij geloven dat de mens deze informatie ook kan gebruiken, mits de juiste hulpmiddelen – zoals sensoren die kwekers vertellen wanneer planten water nodig hebben.

“Blijkbaar kan een idyllisch bloemenveld een nogal lawaaierige plek zijn. Alleen kunnen wij de geluiden niet horen!”

De onderzoekers zeggen dat zij in toekomstige studies een reeks intrigerende vragen zullen blijven onderzoeken, zoals wat het mechanisme achter plantengeluiden is, hoe nachtvlinders geluiden van planten detecteren en erop reageren, en of andere planten deze geluiden ook horen.

**************************************


**************************************

ENGLISH

‘Our findings suggest that the world around us is full of plant sounds, and that these sounds contain information.’

By Ben Rappaport, United with Israel

Plants emit sounds, according to the findings of a study conducted by researchers at Israel’s Tel Aviv University.

The study concluded that the click-like sounds made by plants, similar to the popping of popcorn, are emitted at a volume similar to human speech, but at high frequencies, beyond the hearing range of the human ear.

“We found that plants usually emit sounds when they are under stress, and that each plant and each type of stress is associated with a specific identifiable sound,” the researchers said. “While imperceptible to the human ear, the sounds emitted by plants can probably be heard by various animals, such as bats, mice, and insects.”

The study was led by Prof. Lilach Hadany from the School of Plant Sciences and Food Security at the Wise Faculty of Life Sciences, together with Prof. Yossi Yovel, Head of the Sagol School of Neuroscience and faculty member at the School of Zoology and the Steinhardt Museum of Natural History, and research students Itzhak Khait and Ohad Lewin-Epstein, in collaboration with researchers from the Raymond and Beverly Sackler School of Mathematical Sciences, the Institute for Cereal Crops Research, and the Sagol School of Neuroscience – all at Tel Aviv University. The paper was published in the prestigious scientific journal Cell.

“From previous studies we know that vibrometers attached to plants record vibrations,” Prof. Hadany noted. “But do these vibrations also become airborne soundwaves – namely sounds that can be recorded from a distance? Our study addressed this question, which researchers have been debating for many years.”

In the first stage of the study, the researchers placed plants in an acoustic box in a quiet, isolated basement with no background noise. Ultrasonic microphones recording sounds at frequencies of 20-250 kilohertz (the maximum frequency detected by a human adult is about 16 kilohertz) were set up at a distance of about 10cm from each plant. The study focused mainly on tomato and tobacco plants, but wheat, corn, cactus and henbit were also recorded.

“Before placing the plants in the acoustic box we subjected them to various treatments: some plants had not been watered for five days, in some the stem had been cut, and some were untouched,” Prof. Hadany explained. “Our intention was to test whether the plants emit sounds, and whether these sounds are affected in any way by the plant’s condition.”

“Our recordings indicated that the plants in our experiment emitted sounds at frequencies of 40-80 kilohertz. Unstressed plants emitted less than one sound per hour, on average, while the stressed plants – both dehydrated and injured – emitted dozens of sounds every hour.”

The recordings collected in this way were analyzed by specially developed machine learning (AI) algorithms. The algorithms learned how to distinguish between different plants and different types of sounds, and were ultimately able to identify the plant and determine the type and level of stress from the recordings.

Moreover, the algorithms identified and classified plant sounds even when the plants were placed in a greenhouse with a great deal of background noise. In the greenhouse the researchers monitored plants subjected to a process of dehydration over time and found that the quantity of sounds they emitted increased up to a certain peak, and then diminished.

“In this study we resolved a very old scientific controversy: we proved that plants do emit sounds!” Prof. Hadany concluded. “Our findings suggest that the world around us is full of plant sounds, and that these sounds contain information – for example about water scarcity or injury. We assume that in nature the sounds emitted by plants are detected by creatures nearby, such as bats, rodents, various insects, and possibly also other plants – that can hear the high frequencies and derive relevant information. We believe that humans can also utilize this information, given the right tools – such as sensors that tell growers when plants need watering.

“Apparently, an idyllic field of flowers can be a rather noisy place. It’s just that we can’t hear the sounds!”

The researchers say they will continue to explore a range of intriguing questions in future studies, including what the mechanism behind plant sounds is, how moths detect and react to sounds emitted by plants, and whether other plants also hear these sounds.