Bạn đã bao giờ nghe thấy cây… kêu cứu chưa? Nghe có vẻ như một câu chuyện khoa học viễn tưởng, nhưng thực tế, các nhà khoa học vừa phát hiện ra rằng cây cối thực sự phát ra âm thanh khi chúng chịu căng thẳng. Từ cây cà chua đến cây thuốc lá, những âm thanh này không chỉ là tiếng thì thầm mà còn mang ý nghĩa cụ thể về tình trạng sức khỏe của cây. Hãy cùng khám phá bí mật này!
Vậy, cây “nói” gì với chúng ta?
Câu chuyện bắt đầu từ một hiện tượng sinh học gọi là cavitation – khi cây thiếu nước, bong bóng khí hình thành và vỡ trong mạch dẫn nước, gây ra các rung động. Nhưng đây không phải chỉ là “tiếng động nội bộ”! Nghiên cứu mới cho thấy, những rung động này tạo ra âm thanh siêu âm (20–150 kHz), hoàn toàn không nghe được bằng tai người nhưng có thể ghi nhận bằng micro đặc biệt.
Trong các thí nghiệm, cây cà chua và thuốc lá khi bị khô hạn hoặc bị cắt đã phát ra âm thanh tần suất cao hơn gấp nhiều lần so với cây khỏe mạnh. Cụ thể:
Cây cà chua khô hạn: Phát ra 35 âm thanh/giờ.
Cây thuốc lá khô hạn: Tần suất thấp hơn, khoảng 11 âm thanh/giờ.
Cây trong tình trạng bình thường hầu như… im lặng.
Các nhà khoa học đã làm gì?
Để trả lời câu hỏi trên, các nhà nghiên cứu đã thiết kế hai thí nghiệm chính:
- Thí nghiệm trong phòng cách âm:
Âm thanh từ cây cà chua và thuốc lá được ghi lại bằng micro định hướng trong điều kiện khô hạn và bị cắt.
Phạm vi tần số ghi nhận: 20–150 kHz, vượt ngoài khả năng nghe của tai người. - Thí nghiệm trong nhà kính:
Cây được giám sát trong môi trường tự nhiên hơn, với nhiều nhiễu nền như tiếng gió, máy điều hòa.
Sử dụng mạng nơ-ron tích chập (CNN) để phân loại âm thanh và loại bỏ nhiễu.
Hệ thống học máy (AI) đã phân biệt được trạng thái khô hạn và bị cắt của cây với độ chính xác lên đến 84%.
Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn đo độ ẩm đất, tỷ lệ thoát hơi nước để so sánh với tần suất âm thanh phát ra từ cây.
Khi độ ẩm đất giảm xuống dưới 5%, số lượng âm thanh tăng mạnh.
Âm thanh đạt đỉnh vào ngày thứ 4–5 sau khi cây bắt đầu khô hạn, sau đó giảm dần khi cây gần như khô kiệt.
Ứng dụng tiềm năng
Nông nghiệp chính xác:
- Công nghệ phát hiện âm thanh cây có thể cảnh báo sớm khi cây bị thiếu nước, giúp tiết kiệm đến 50% lượng nước tưới.
- Giám sát sức khỏe cây trồng một cách tự động trong nhà kính hoặc ngoài đồng ruộng.
Sinh thái học:
- Tìm hiểu hành vi để tương tác với sinh vật: âm thanh từ cây có thể là tín hiệu giao tiếp giữa thực vật hoặc với các loài động vật. Các nhà khoa học nghi ngờ rằng: động vật hay côn trùng đã sớm phát triển khả năng “nghe” âm thanh của thực vật, từ đó mà hình thành các chiến lược sinh tồn.
- Tiềm năng ứng dụng trong nghiên cứu sự thích nghi và phản ứng của hệ sinh thái đối với biến đổi khí hậu.
Kết luận
Đây không chỉ là một phát hiện thú vị mà còn có ý nghĩa thực tiễn lớn trong việc bảo vệ tài nguyên và nâng cao hiệu quả nông nghiệp. Âm thanh từ cây đã không còn là một bí ẩn mà trở thành một công cụ hữu ích, giúp con người kết nối sâu hơn với thế giới tự nhiên.
Các giả định nào đã được sử dụng trong nghiên cứu này?
- Âm thanh phát ra từ cây chủ yếu do quá trình cavitation. Giả định này cần được kiểm chứng sâu hơn với nhiều loại cây và điều kiện khác nhau.
- Âm thanh siêu âm không bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiễu nền trong môi trường tự nhiên. Điều này cần thêm thử nghiệm thực địa.
- Các thuật toán học máy có thể được áp dụng rộng rãi cho các loài cây khác nhau. Điều này cần dữ liệu từ nhiều loài cây hơn.
Bài nghiên cứu gốc:
Sounds emitted by plants under stress are airborne and informative
Khait, Itzhak et al.
Cell, Volume 186, Issue 7, 1328 – 1336.e10
https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.03.009