マサチューセッツ工科大学（MIT）の新しい研究は、イネの種子が雨の音を「聞き」、それに応じて発芽プロセスを調節できる可能性があることを示唆している。 「植物の種子や苗が自然界で音を感知できることを初めて直接実証した」と呼ばれるこの研究は、植物が環境に適応するためにどのように音信号を使用するかについての新たな手がかりを提供する。
この研究のずっと前から、科学界は植物に対する音の影響を繰り返し指摘していました。いくつかの研究では、上海清にクラシック音楽を流すと成長が促進される一方、ロック音楽は成長を阻害する可能性があることが判明しており、音源の違いが植物に異なる影響を与える可能性があることを示しています。他の実験では、音が植物の行動に広く影響を与える可能性があることも示しています。花の中には、昆虫の羽の特定のピッチを利用して花粉を放出するかどうかを決定するものもあります。シロイヌナズナやタバコは、近隣の植物が毛虫に噛まれる音を「聞いて」、体内のニコチンなどの有毒物質の含有量を増やし、防御能力を高めます。シンセサイザーから発せられる音色は、緑豆、キュウリ、イネの種子の発芽や苗の成長を促進することも報告されています。
電子音を再生するためにスピーカーを使用した以前の使用とは異なり、今回 MIT チームは自然の状況に近い音源、つまり雨を選択しました。彼らはまず、田んぼのような浅い水域で雨滴が水に落ちるときに発生する音を測定しました。その結果、この音波の強度は誰かが耳元で大声で叫んだのと同等ですが、その周波数範囲は主に人間の耳では聞き取りにくい高周波帯域と低周波帯域に該当することがわかりました。次に研究者らは、イネ種子の浅いプールに模擬降雨量を注ぎ、その発芽率を静水環境における種子の発芽率と比較した。実験の結果、わずかな「霧雨」は発芽にほとんど影響を及ぼさなかったが、より激しい雨が発芽率を大幅に高めたことが判明した。最も強い模擬暴風雨条件下では、発芽率は 30% 以上増加しました。
研究チームはまた、以前の研究から重要な手がかりを発見しました。 2002年の研究では、デンプンを合成できないシロイヌナズナの突然変異体は、振動にさらされた場合に通常の植物とは大きく異なる反応を示すことが報告された。音波は本質的に、気体、液体、または固体中を伝わり、人間の鼓膜などの構造を振動させ、それを音として認識する振動エネルギーです。 MIT チームはこれに基づいて仮説を立てました。植物は音波を「聞く」ためにデンプンを合成する能力を持っている必要があるかもしれません。
この考えに従って、研究者らは植物細胞の「静石」と呼ばれる一種の構造に焦点を当てた。スタトリスという用語は、「立っている石」を意味するギリシャ語に由来しており、植物が重力の方向を感知するために使用する重要な装置です。重力を感知できる細胞は、高密度のデンプンで満たされた小さな体で満たされています。それらは細胞内に沈み、周囲の構造物との接触や最終的な静止位置を通じてどの方向が「下」であるかを植物に「報告」します。研究者らは、録音された雨音が稲の種子の天秤石にどのように作用するかをモデル化し、その音はドラム缶のビーズのように細胞の底に沈んでいた天秤石の層を揺さぶるのに十分であることを発見した。天秤石は小雨の音の影響をほとんど受けませんでした。雨が強くなるにつれて、それらは継続的に吐き出され、加速されました。これは観察された発芽の刺激と一致する挙動でした。
このモデルはまた、セルの底にある平衡石の層が積み重なった状態が、音波の影響下では液体のように振る舞うことを示しています。これは、子供の遊び場にあるプラスチックのボールが詰まったボールピットに似ています。この場合、音響エネルギーがこの「液体」の層を継続的に撹拌し、植物の他の部分に化学信号をより効率的に拡散させるのに役立ちます。前述のデンプン欠乏シロイヌナズナが振動に正常に反応しにくいのは、静止石に必要なデンプンを作ることができず、この感覚系が機能しないためと考えられます。これは、バランスストーンが植物にとって外部の振動を「聞く」ための重要なメカニズムである可能性があることを示しています。
証拠が蓄積され続けるにつれ、科学界は植物が音を感知して反応できるという事実を一般的に受け入れています。しかし、これが植物が実際に「聞いている」ことを意味するかどうか、つまり、信号を感知するために何らかの意識や精神が必要かどうかについては、まだ議論が続いている。植物は、人間やほとんどの動物とは異なり、同様の神経系や集中化された脳を持っていません。近年、植物が何らかの「知性」を持っているかどうかについて激しい議論が行われている。研究者の中には、植物はある程度知的な行動を示すと信じている人もいますが、これに対して否定的な態度をとっている人もいます。
「植物の知能」という考えを裏付ける証拠の1つは、2017年の研究から得られたものである。エンドウ豆の根は、水が流れる音に従って、単純な迷路の中で水を「見つける」ことができるようだ。 2016年の別の研究では、エンドウ豆の苗は扇風機からの風の方向と光の方向を関連付けることを学習し、それによって光源がどこにあるかを「予測」できると主張した。植物でも動物と同様の電気信号が観察されていますが、これらの信号は神経系に正確に対応する特殊な構造を介して伝播されるわけではありません。多くの場合、科学者はこれらの電気信号の正確な機能をまだ知りません。これはおそらく、植物の反応方法が必ずしも直感的であるとは限らないためです。
わかりやすい例としては、電気信号を使って葉を素早く閉じて獲物を「粉砕」するハエトリソウや、触れると電気信号を使って葉を素早く閉じるミモザなどが挙げられます。これらの現象は、情報の処理と応答が単一の脳のような構造に集中するのではなく、植物システム全体に分散される、より「分散型」の知能の形態を想像する余地を残しています。しかし、この分散反応を人間の意味での「聴覚」または「意識」と直接同一視することは依然として恣意的です。
聴覚の問題を超えて、意識自体も研究に哲学的な課題を投げかけます。意識の定義についてはさまざまな意見があります。生物学者のリン・マーグリーズとその共同研究者ドリアン・セーガンは、最も基本的なレベルでは、意識は外界の認識として理解できると提案しました。これが基準として使用される場合、生存して環境に対応するすべての種は、おそらく何らかの形の意識を持っている必要がありますが、その複雑さと具体的な表現は大きく異なります。
おそらく、稲の苗が「知覚」する世界は人間の経験からかけ離れているため、彼らがどのように音波を「体験」するのかを真に理解するのは難しいのかもしれません。しかし、この MIT の研究と既存の証拠から判断すると、ある意味で雨の音を「聞く」というのはおそらく根拠のない比喩ではないでしょう。