Luisteren naar het geluid van planten bij droogte

Doctoraatsstudente Lidewei Vergeynst van de faculteit bio-ingenieurswetenschappen van de UGent heeft ontdekt hoe je de geluiden die planten produceren tijdens droogte kunt 'horen' en interpreteren. Zij ontwikkelde een analysemethode waarmee je aan de hand van akoestische sensoren naar de geluiden van een plant kunt luisteren. Op die manier kom je te weten hoe sterk een plant om water schreeuwt tijdens periodes van droogte. Dit is belangrijk nieuws in het licht van de klimaatverandering.



De meting gebeurt met een akoestische detector. Die wordt op de buitenkant van een stam of tak geplaatst en detecteert, net zoals een stethoscoop, de geluiden die binnenin de plant geproduceerd worden. In normale omstandigheden transpireren planten via de bladeren het water dat ze via een fijn buizensysteem (vaten) opzuigen, waardoor de volledige waterkolom onder negatieve druk staat. Dat opzuigen kun je vergelijken met de manier waarop je water via een rietje uit een glas zuigt. Maar als het droger wordt, moeten de bladeren harder zuigen, wordt de druk negatiever, en kan de waterkolom breken. Krijgt een plant te weinig water, dan ontstaan daardoor luchtbellen in de vaten. Dat verhindert niet alleen dat de plant via die vaten nog water kan transporteren, het veroorzaakt ook een klikgeluid dat je met de sensor kunt detecteren. Dit vullen van vaten met lucht noemen we cavitatie, en terwijl planten zonder probleem overweg kunnen met een beperkte hoeveelheid cavitatie, is teveel cavitatie dodelijk.

Vroeger telden onderzoekers enkel de klikgeluiden. Hoe meer ze er hoorden, hoe slechter het ging met de plant. Maar ook als de plant dood was, hoorden ze nog geluiden. Daardoor ontstond onzekerheid over de juiste aard van de geluiden. De grote doorbraak waarvoor Vergeynst in dit onderzoek zorgde is dat zij de klikken in detail analyseerde. Elke klik is een geluidsgolf en uit de kenmerken van die golven kun je het verschil maken tussen geluiden afkomstig van cavitatie, of van andere processen in de plant. "We verwachten dat de methode van Lidewei een referentiepunt wordt in het plantenonderzoek", zegt haar promotor, professor Kathy Steppe van het laboratorium voor plantecologie. "Sommige onderzoekers waren het geloof in de akoestische sensoren verloren. Wij hebben met onderzoek (dat gefinancierd wordt door het Fonds Wetenschappelijk Onderzoek (FWO)) aangetoond dat ze wel heel waardevol zijn."

Klimaatverandering
De ontdekking is heel belangrijk in het licht van de klimaatverandering. Niet alleen slaagde het team van Steppe erin om af te lezen of een plant watertekort heeft, met andere sensoren kunnen de onderzoekers ook meten hoeveel water een plant verbruikt. "Door een combinatie van verschillende plantsensoren, krijgen we een beter inzicht in het droogteproces. Een belangrijke factor in het debat rond de grote sterfte van bossen in droge gebieden is het hydraulisch falen. Met onze ontdekking kun je niet alleen bossen, maar ook voedselteelten redden. We kunnen nu gepast advies geven over soorten die beter overleven in droge gebieden."

Het is nog niet duidelijk of het proces van luchtbellen in de vaten omkeerbaar is of niet. Daarover bestaat heel wat discussie in de wetenschap. "Wij geloven dat planten een zeker herstel vertonen", zegt professor Steppe. "Ook dat onderzoeken wij. En we hopen het achterliggend mechanisme te ontdekken, zodat we de wetenschap opnieuw een stapje vooruit kunnen helpen. Zoals dokters op de intensive care leggen wij hartslagmeters op de plant. We willen de planten met ons laten praten om te evalueren of die het goed doen. We willen het verhaal van de plant kennen. Dat is, als bio-ingenieur, de ingenieur van de levende materie, ons ultieme doel."

Bron: UGent