شنیدن صدای رشد ذرت در یک شب آرام

ذرت یکی از عمده ترین محصولات کشاورزی در ایالات متحده آمریکاست اما کمبود اطلاعات در مورد مکانیک درگیر در شکستگی ساقه ذرت در برابر تنش باد، مانع از پیشرفت های بیشتر در تولید ذرت شده است. در حال حاضر، با به کارگیری ابزارها و روش های مهندسی مکانیک، گروه بزرگی از مهندسان و دانشمندان گیاهی، در حال برطرف کردن این مشکل هستند .

به گزارش ایانا از ساینس دیلی، یک کشاورز با تجربه و قدیمی می گوید: " شما می توانید در یک شب آرام صدای رشد ذرت را بشنوید." این موضوع ممکن است به نظر خنده دار باشد اما داگلاس کوک در دانشگاه نیویورک و همکارانش راجر اِلمور و جاستین مک مگن در دانشگاه نبراسکا، به منظور ضبط کردن مستقیم صدای ذرت در حال رشد، توانستند از میکروفونی که به بر روی گیاه نصب می شود، استفاده کنند. ذرت یکی از عمده ترین محصولات کشاورزی در ایالت متحده آمریکا است که بیش از 350 میلیون تن برداشت سالانه دارد. اما کمبود اطلاعات در مورد مکانیک درگیر در شکستگی ساقه ذرت در برابر تنش باد مانع از پیشرفت های بیشتر در تولید ذرت شده است. دانشمندان زراعت و اصلاح نباتات، بیش از 100 سال است که روی این مشکل کار کرده اند و فقط موفقیت های جزیی در این زمینه کسب کرده اند .

در حال حاضر، با به کارگیری روش ها و ابزارهای مهندسی مکانیک، گروهی از مهندسان و دانشمندان گیاهی با رهبری کوک راه حل این مشکل را مطرح و مسائل دیگر مربوط به رشد و توسعه گیاه را نیز کشف کردند .

در طول نشست 172 انجمن اکوستیک امریکا و پنجمین نشست مشترک با انجمن اکوستیک ژاپن که از 28 نوامبر تا 2 دسامبر سال 2016 در هونولولو هاوایی برگزار شد، کوک کار خود را با استفاده از روش انتشار آوای قابل شنود، برای کشف نحوه رشد ساقه ذرت و شکستگی آن توصیف کرد .

کوک توضیح داد که "شکستن اجسام شباهت زیادی به زمین لرزه در سطح میکروسکوپی دارد و آزاد شدن ناگهانی تنش های داخلی، تشعشعات امواج صوتی را در هر مسیری ارسال می کند." ما با استفاده از سنسورهای مخصوصی که فیزوالکتریک نامیده می شود، میکروفون را به مونیتور وصل کردیم تا صداهای ساطع شده به وسیله ساقه ذرت و درست قبل از شکستن آن را ضبط کنیم. این موضوع به ما کمک می کند تا درک خیلی واضح تری از فرآیند شکستن ساقه ذرت داشته باشیم ."

پرسش این جاست که صدای ضبط شده شبیه چه چیزی است؟ کوک گفت "با کمال تعجب، آن صدا شباهت قابل توجهی به صدای ایجاد شده در زمان شکستن ذرت دارد. در حال حاضر ما فکر می کنیم که رشد گیاه شامل میلیون ها رخداد شکستگی کوچک باشد و این رخدادهای شکستگی، گیاه را در جهت تعمیر محل های شکسته شده وادار می کند. با تداوم دو فرآیند شکستن و تعمیر کردن، گیاه قادر به رشد و بلندتر و بلندتر شدن است ."

در حالی که هنوز محققان مشخص نکرده بودند که این موضوع برای تمامی گیاهان صدق می کند یا نه، کوک نشان می دهد که آن احتمالاً مکانیسمی مشابه توسعه عضلانی است: بلند کردن وزنه در واقع شامل پاره شدن بسیار ریز ماهیچه و سپس تعمیر آن است که در نتیجه آن ماهیچه ها تقویت می شود .

این یافته جذاب در نتیجه تلفیقی از دو رشته به ظاهر نامرتبط است: علوم گیاهی و مهندسی مکانیک .

کوک گفت: "بسیاری از محصولات هر ساله در اثر صدمات باد از بین می روند." مهندسان زیادی در مورد این که چگونه از شکست ساختاری جلوگیری کنیم، اطلاعات دارند و دانشمندان کشاورزی با استفاده از تکنیک پرورش طبیعی می توانند تقریباً هر ویژگی از گیاه که قابل اندازه گیری باشد، بهبود بخشند. بنابراین شما می توانید تصور کنید که مقدار زیادی از پیشرفت در تمامی ساختارهای گیاهی را می توان به وسیله همکاری دو رشته مذکور با همدیگر به دست آورد ".

از نظر برنامه های کاربردی، کوک گفت: "این یک زمینه تحقیقاتی بسیار نوپا است به طوری که بسیاری از کارهای ما هنوز هم در طبیعت کاملاً اساسی هستند. ما هنوز در حال یادگیری در مورد رشد گیاه و شکستگی آن هستیم و می تواند برای اصلاح کنندگان مفید باشد که برای توسعه گیاهان بهینه طراحی شده است ."

برای مثال، آن ها متوجه شدند که برگ گیاه ذرت در حقیقت نوعی حمایت ساختاری در زمان رشد سریع گیاه فراهم می آورد. از نظر کوک بسیار شگفت انگیز است که نقش یک برگ تا این حد مهم باشد. پس از آن باید به دانشمندان کمک کند تا توسعه گونه های جدید با برگ های سفت تر را شروع کنند تا در طول دوره رشد مستعد به شکستن نباشند .

گرایش کوک در زمینه بیومکانیک بشری است به طوری که او و همکارانش در حال حاضر دنبال استفاده از تکنولوژی کامپیوتری سی تی اسکن (ct) برای به دست آوردن تصاویر سه بعدی از گیاهان هستند .

کوک اضافه کرد: "ما همچنین برای استفاده از تکنولوژی تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (mri) در جهت تجسم رشد و توسعه ذرت، برنامه ریزی کرده ایم. ما می خواهیم با هدف شناسایی «ضعیف ترین حلقه» در فرآیند شکستگی ساقه، اطلاعات بیشتری در مورد شکستگی ساقه کسب کنیم. هنگامی که آن حلقه شناسایی شد، دانشمندان گیاهی می توانند برای بهبود قدرت و انعطاف پذیری ساقه تلاش کنند ."

ترجمه: سعیده فتحی

منبع: https://www.sciencedaily.com/releases/2016/11/161128111602.htm