Рослини томатів здатні генерувати електричні сигнали, коли на їх плодах з'являються травоїдні гусениці - йдеться в дослідженні, опублікованому в журналі. Гусениць поміщали на плоди помідорів і записували струм з двох електродів біля плодоніжки. Результати експериментів класифікували за допомогою моделі машинного навчання, яка змогла розділити сигнали до і після появи гусениць з точністю понад 90 відсотків. Крім того, дослідники виявили окислювальну відповідь в інших органах рослин.
У рослин немає нервової системи, яка звична іншим організмам, проте природний відбір все ж змушує їх реагувати на умови навколишнього середовища. Крім фізичних і хімічних реакцій, клітини рослин здатні до генерації електричних сигналів у відповідь на зміну умов середовища. Ці сигнали вивчають у складі електрому - сукупності іонних струмів організму. Аналіз загальної електричної активності показує, що електром специфічно змінюється під впливом стресів для рослин: несприятливих температури і вологості, наявності патогенів. Показано навіть, що рослини тютюну і томатів реагують на стрес ультразвуком: якщо підрізати їм стеблі або залишити без води, рослини видають звук від 60 до 65 децибелів.
Дослідники з державного університету Пелотаса в Бразилії вод керівництвом Габріели Ньємейєр Рейссіг (Gabriela Niemeyer Reissig) вивчили електром томатів під час нападу травоїдних комах. Для цього вони виростили сорт невеликих томатів Мікро Том, дочекалися появи плодів і помістили деякі з них в пакети з вентиляцією. Рослини в горщиках поставили в клітини Фарадея - металеві каркаси, які екранують зовнішнє електромагнітне поле. На плодоніжках томатів зафіксували електроди, щоб записувати всі електричні сигнали між ними. Перед початком експерименту біологи записували базову електричну активність рослин протягом двох годин.
Після цього в пакети тестової групи плодів поміщали гусениць бавовняної совки - метелика, який вважається шкідником багатьох сільськогосподарських культур. Гусениці проводили в пакетах 24 години. Відразу після цього плоди і листя збирали і заморожували для подальшого ферментативного аналізу. Заморожені тканини червоних плодів перевірили на активність ферментів окислювально-відновлювальних реакцій: каталази, пероксидаз і дисмутази. Це потрібно, щоб перевірити, чи стався окислювальний вибух - поява активних форм кисню в рослині у відповідь на стрес.
Отримані дані про електричні сигнали класифікували за допомогою моделі машинного навчання. Всього провели 16 серій експериментів з незрілими зеленими плодами і 22 серії з червоними плодами - в кожній із серії по 2 години базової активності і по 24 в присутності гусениць. Всі серії поділили на більш короткі проміжки, щоб збільшити кількість зразків для моделі - їх вийшло по 150 і 220 відповідно. Всередині кожного зразка виділили параметри, за якими навчали модель:
- швидке перетворення Фур'є (поділ загального сигналу на окремі частоти);
- спектральну щільність потужності (розподіл потужності сигналу залежно від частоти);
- вейвлет
- наближену ентропію сигналу (цю величину використовують для оцінки регулярності і передбачуваності сигналу).
Щоб підвищити швидкість обробки даних, у них виділили лише головні компоненти.
Оброблені дані експериментів передали моделі машинного навчання з учителем, де в якості тренувальної вибірки використовували випадково обрані дані експерименту. Для класифікації даних за вихідними чотирма групами дослідники використовували відразу кілька алгоритмів, які показали різну точність класифікації. Майже всі методи дозволили розділити групи плодів перед приміщенням на них гусениць від тих, на яких гусениці були, з точністю понад 90 відсотків.
Автори вважають, що ці дані свідчать про те, що плоди томатів здатні передавати електричний сигнал про присутність травоїдних шкідників на інші частини рослини - адже електроди, з яких записувався сигнал, розташовувалися на плодоніжці. Крім того, в плодах, розташованих близько до тих, на яких посадили гусениць, спостерігалося (p < 0,05) підвищений вміст пероксиду водню - продукту окислювального вибуху. У листях також виявився підвищений вміст окислювально-відновлювальних ферментів (p < 0,05). Проте говорити про нервову передачу сигналу в рослинах поки рано, адже механізм появи електричної активності незрозумілий.
Для виживання майже всім покритосемінним рослинам необхідно не тільки захищатися від шкідливих комах, а й залучати запилювачів. Але не всі з них пахнуть приємно для людини: наприклад, нещодавно грецьку квітку запідозрили в залученні запилювачів запахом мертвих комах. Квітки виділяли летючі сполуки, які можуть залучати мух-горбаток.