トマト果実の毛虫は茎に電気的活動を引き起こします

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トマト果実の毛虫は茎に電気的活動を引き起こします
トマト果実の毛虫は茎に電気的活動を引き起こします
Anonim
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ジャーナルFrontiersin Sustainable Food Systemsに掲載された研究によると、トマト植物は、草食性の毛虫が果実に現れると電気信号を生成することができます。トマトの果実に毛虫を置き、茎の2つの電極から電流を記録しました。実験の結果は、毛虫の出現前後の信号を90%以上の精度で分離できる機械学習モデルを使用して分類されました。さらに、研究者たちは他の植物器官で酸化反応を発見しました。

植物は他の生物が慣れている神経系を持っていませんが、自然淘汰はそれでも環境条件に反応することを強制します。植物細胞は、物理的および化学的反応に加えて、環境条件の変化に応じて電気信号を生成することができます。これらの信号は、エレクトロムの一部として研究されます-体内の一連のイオン電流。一般的な電気的活動の分析は、電磁石が植物のストレスの影響下で特に変化することを示しています:不利な温度と湿度、そして病原体の存在。タバコやトマトの植物は超音波でストレスに反応することさえ示されています。茎を切ったり、水なしで放置したりすると、植物は60〜65デシベルの音を出します。

Gabriela Niemeyer Reissig(Gabriela Niemeyer Reissig)が率いるブラジルのペロタス国立大学の研究者は、草食性の昆虫に襲われたときの電磁石トマトを研究しました。これを行うために、彼らはさまざまな小さなトマトのマイクロトムを栽培し、果物が現れるのを待って、それらのいくつかを換気バッグに入れました。鉢植えの植物は、ファラデーケージ(外部電磁界を遮蔽する金属フレーム)に配置されました。トマトの間のすべての電気信号を記録するために、電極がトマトの茎に固定されました。実験を開始する前に、生物学者は植物の基本的な電気的活動を2時間記録しました。

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毛虫の入った袋に入った熟した果実の写真。茎から2つの電極が伸びており、背景には鍋が置かれているファラデーケージが見えます。

その後、多くの農作物の害虫と考えられているオオタバコガの幼虫が、果物のテストグループのバッグに入れられました。毛虫は24時間バッグに入れて保管しました。その後すぐに、果実と葉を収穫し、その後の酵素分析のために凍結しました。赤い果実の凍結組織は、レドックス反応の酵素であるカタラーゼ、ペルオキシダーゼ、ジスムターゼの活性についてテストされました。これは、酸化爆発が発生したかどうかを確認するために必要です-ストレスに応答した植物の活性酸素種の出現。

得られた電気信号データは、機械学習モデルを使用して分類されました。未熟な緑色の果実を使った合計16シリーズの実験と赤い果実を使った22シリーズの実験が行われました-各シリーズで、2時間の基本的な活動と24の毛虫の存在下で。モデルのサンプル数を増やすために、すべてのシリーズを短い間隔に分割しました。それぞれ150と220であることがわかりました。各サンプル内で、モデルをトレーニングするためのパラメーターを特定しました。

  • 高速フーリエ変換(共通信号を別々の周波数に分割する);
  • パワースペクトル密度(周波数に応じた信号パワーの分布);
  • ウェーブレット
  • 信号のおおよそのエントロピー(この値は、信号の規則性と予測可能性を評価するために使用されます)。

データ処理の速度を上げるために、主要なコンポーネントのみが強調表示されました。

処理された実験データは、教師あり機械学習モデルに転送され、ランダムに選択された実験データがトレーニングサンプルとして使用されました。データを元の4つのグループに分類するために、研究者は一度に複数のアルゴリズムを使用しましたが、これは異なる分類精度を示しました。ほとんどすべての方法で、毛虫を置く前に果物のグループを、毛虫があったものから90%以上の精度で分離することができました。

著者らは、これらのデータは、トマト果実が草食性の害虫の存在に関する電気信号を植物の他の部分に送信できることを示していると信じています-結局のところ、信号が記録された電極は茎にありました。さらに、毛虫が植えられた果実の近くにある果実では、酸化爆発の生成物である過酸化水素の含有量の増加が観察されました(p <0.05)。葉はまた、レドックス酵素の含有量の増加を示しました(p <0.05)。それにもかかわらず、電気的活動の出現のメカニズムが明確でないため、植物における神経信号伝達について話すのは時期尚早です。

生き残るためには、ほとんどすべての被子植物が有害な昆虫から身を守るだけでなく、花粉交配者を引き付ける必要があります。しかし、それらのすべてが人間にとって良いにおいがするわけではありません。たとえば、最近、ギリシャの花のAristolochia microstomaは、死んだ昆虫のにおいで花粉交配者を引き付ける疑いがありました。花は、ハンプバックハエを引き付けることができる揮発性化合物を放出しました。

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