Come ascoltare i “lamenti” delle piante

Negli ultimi anni la scienza ha confermato il fatto che le piante possono comunicare in modi anche assai diversi da quelli che immaginavamo qualche decennio fa. Ad esempio, sono in grado di produrre degli ultrasuoni quando sono stressate. La vita segreta delle piante è probabilmente molto più ricca e complicata di quanto pensiamo e oggi siamo solo all’inizio dell’esplorazione scientifica di questo affascinante campo di studio, nel quale i ricercatori dilettanti possono fornire un contributo determinante. Questo articolo vuole essere una guida per avvicinarsi a tale tipo di indagine costruendo un rivelatore ad hoc.

Cleve Backster, dipendente della CIA e maggior esperto al mondo nel campo della macchina della verità, o poligrafo, già negli anni ’60 aveva scoperto che le piante sono in grado di “provare dolore”; il neuroscienziato Greg Gage ha in seguito mostrato, insieme al neurobiologo vegetale Stefano Mancuso (scienziato di fama mondiale che insegna all’Università di Firenze), che i segnali elettrici che controllano il corpo umano sono presenti anche nelle piante, sebbene queste non abbiano neuroni.

Gli esseri umani hanno cinque sensi di base, ma gli scienziati hanno scoperto che le piante hanno almeno 20 sensi diversi, tra cui, secondo il prof. Mancuso, i sensi aggiuntivi che possono misurare l’umidità, rilevare la gravità e rilevare i campi elettromagnetici: “Le piante sono comunicatori meravigliosi: condividono molte informazioni con le piante vicine o con altri organismi come insetti o altri animali, intrecciano relazioni sociali complesse, mostrano comportamenti simili al sonno e al gioco”.

Il citato agente della CIA che sessant’anni fa ha aperto la strada allo studio dei segnali elettrici prodotti dalle piante.

Sebbene negli ultimi anni sia stato rivelato dalla scienza che le piante sono in grado di vedere, sentire e annusare, di solito sono ancora considerate silenziose. Ma di recente, per la prima volta, sono stati registrati dei suoni che esse disperdono nell’aria quando vengono stressate, il che secondo i ricercatori potrebbe aprire un nuovo campo di agricoltura di precisione in cui gli agricoltori “ascoltano” le colture affamate d’acqua, come rivela un articolo pubblicato sulla prestigiosa rivista New Scientist.

Itzhak Khait e i suoi colleghi dell’Università di Tel Aviv, in Israele, hanno scoperto che le piante di pomodori e tabacco producevano suoni a frequenze che gli umani non riescono a sentire quando sono stressati dalla mancanza di acqua o quando il loro fusto viene tagliato. I microfoni posizionati a 10 centimetri dalle piante hanno raccolto suoni nell’intervallo ultrasonico da 20 kHz a 100 kHz, e il team afferma che gli insetti e alcuni mammiferi sarebbero in grado di udirli e di rispondere da una distanza di 5 metri.

L’inizio dell’articolo di Khait e colleghi pubblicato da New Scientist che illustra il loro originale risultato, il quale può essere facilmente replicato da uno scienziato dilettante. 

Una falena può decidere di non deporre le uova su una pianta che sembra stressata dall’acqua, suggeriscono i ricercatori. Le piante potrebbero persino sentire che altre piante sono a corto di acqua e reagiscono di conseguenza, ipotizzano. “Queste scoperte possono alterare il modo in cui pensiamo al regno vegetale, che fino ad ora è stato considerato quasi silenzioso”, scrivono nel loro studio. Si noti che in questo nuovo studio è la prima volta che i suoni delle piante sono stati misurati a distanza.

Alla scoperta della vita segreta delle piante

Come svela il già citato articolo di New ScientistRecordings reveal that plants make ultrasonic squeals when stressed”, in media le piante di pomodoro stressate dalla siccità producevano 35 suoni all’ora, mentre le piante di tabacco ne producevano 11. Quando venivano tagliati gli steli delle piante, le piante di pomodoro emettevano in media 25 suoni nell’ora successiva e le piante di tabacco 15. Le piante non sottoposte a produzione producevano meno di una suono all’ora, in media.

È anche possibile distinguere tra i suoni per sapere qual è lo stress. I ricercatori hanno addestrato un modello di apprendimento automatico per discriminare tra i suoni delle piante e il vento, la pioggia e altri rumori della serra, identificando correttamente nella maggior parte dei casi se lo stress è stato causato dalla secchezza o da un taglio, in base all’intensità e alla frequenza del suono. Il tabacco affamato di acqua sembra emettere suoni più forti del tabacco tagliato, per esempio.

Le due piante testate da Khait e collaboratori: pomodoro e tabacco.

Poter ascoltare le piante stressate dall’acqua sarà sempre più importante poiché i cambiamenti climatici espongono più aree alla siccità. Sebbene Khait e colleghi abbiano esaminato solo le piante di pomodoro e tabacco, credono che anche altre piante possano emettere suoni quando sono stressate. In uno studio preliminare, hanno anche registrato suoni ad ultrasuoni da un cactus spinoso a puntaspilli (Mammillaria spinosissima) e l’erbaccia che uccide l’ortica morta (Lamium amplexicaule).

La cosiddetta “cavitazione” è una possibile spiegazione di come le piante generano i suoni, dicono. In precedenza, infatti, dei dispositivi erano stati collegati alle piante per registrare le vibrazioni causate dalla formazione e implosione di bolle d’aria – un processo noto appunto come “cavitazione” – all’interno dei tubi di xilema, che vengono utilizzati dalle piante per il trasporto dell’acqua. Abbiamo illustrato la cavitazione nell’articolo Come costruire un pulitore a ultrasuoni, che trovi qui.

I risultati non possono ancora essere estesi ad altri stress, come il sale o la temperatura, perché potrebbero non produrre suoni. Inoltre, non ci sono stati esperimenti per dimostrare se le tarme o qualsiasi altro animale possano ascoltare e rispondere ai suoni prodotti dalle piante, quindi per ora l’idea rimane speculativa. Ad ogni modo, la scoperta può essere già utilizzata nell’agricoltura di precisione se non è troppo costoso impostare la registrazione in una situazione sul campo.

L’emissione di ultrasuoni da parte di piante carenti di acqua può essere sfruttata dall’agricoltura di precisione, oltre che dagli insetti.

Michael Pollan, giornalista e autore del libro La pianta intelligente e di molti altri bestseller di prodotti alimentari e agroalimentari, afferma che la ricerca nel nuovo campo della neurobiologia delle piante sta dimostrando che le piante hanno capacità sorprendenti di percepire e reagire al mondo. Come Pollan racconta, i ricercatori hanno riprodotto una registrazione di un bruco che sgranocchia una foglia su alcune piante. E le piante hanno reagito secernendo sostanze chimiche difensive.

La ricerca nella neurobiologia delle piante sta dimostrando, secondo Pollan, una sorta di “intelligenza” delle piante: “Hanno modi di prendere tutti i dati sensoriali che raccolgono nella loro vita di tutti i giorni, di integrarli e conseguentemente di comportarsi in modo appropriato in risposta. E lo fanno senza avere un cervello o neuroni, il che, in un certo senso, è ciò che rende il tutto incredibile, perché presumiamo automaticamente che ci sia bisogno di un cervello per elaborare delle informazioni”.

“L’intelligenza è la capacità di risolvere i problemi e le piante sono incredibilmente brave a risolvere i loro problemi”, spiega il prof. Stefano Mancuso, tra i fondatori dello studio della neurobiologia vegetale che esplora la segnalazione e la comunicazione a tutti i livelli dell’organizzazione biologica. Mancuso sostiene, nel suo ultimo libro Brilliant Green, che non solo le piante sono intelligenti e senzienti, ma che si dovrebbero considerare i loro diritti, specie alla luce della “sesta estinzione di massa”.

Il prof. Stefano Mancuso, uno dei maggiori esperti mondiali di neurobiologia vegetale e autore di numerosi libri, uno più interessante dell’altro.

Come rivelare i “lamenti” delle piante

Il già citato Cleve Backster, esperto nella tecnologia della macchina della verità (sulla quale vedi il nostro articolo Come costruire una macchina della verità, che trovi qui), ha collegato il suo poligrafo alle piante e poi ha provato una varietà di scenari diversi. Un esperimento particolare condotto è stato quello di accendere un fiammifero acceso vicino a una pianta. Scoprì che non appena il fiammifero era acceso, la pianta andava in stress, come indicato dall’attività del dispositivo di rilevamento delle bugie.

Ma egli notò che la pianta era entrata in uno stato di stress non appena lo scienziato aveva pensato di bruciare le foglie della pianta. Altri esperimenti, in cui ha collegato più piante in diverse stanze chiuse, sono stati notevoli, in quanto quando la prima pianta ha avuto un fiammifero acceso vicino ad essa, tutte le altre piante nelle stanze chiuse sono state sotto stress. Da questo gli scienziati hanno teorizzato che le piante siano in grado di percepire i pensieri e siano in grado di comunicare tra loro.

Un poligrafo usato da altri dilettanti per cercare di ripetere alcuni suoi esperimenti.

Ma ora torniamo all’esperimento di Khait e colleghi sulla misura dello stress delle piante attraverso gli ultrasuoni. Essi hanno mostrato – per quanto ne sappiamo per la prima volta – che le piante emettono (ultra)suoni che possono essere registrati a distanza. Questi ricercatori hanno registrato ultrasuoni a circa 65 dB(SPL) a 10 cm di distanza da piante di pomodoro e tabacco, suggerendo che questi suoni potrebbero essere rilevati da molti animali fino a diversi metri di distanza.

Essi hanno poi sviluppato degli algoritmi di machine learning per identificare le condizioni fisiologiche delle piante di pomodoro e tabacco basandosi esclusivamente sui suoni emessi. Hanno così classificato con successo le condizioni della pianta – asciutta, tagliata o intatta – in base ai suoni emessi. I loro risultati suggeriscono che gli animali, e forse anche delle altre piante, potrebbero utilizzare gli (ultra)suoni emessi dalle piante per avere informazioni sulle condizioni della pianta.

Per studiare la capacità delle piante di emettere emissioni sonore nell’aria, hanno costruito un affidabile sistema di registrazione, in cui ogni pianta è stata registrata contemporaneamente con due microfoni (vedi la figura sotto per il setup usato). Hanno registrato piante di pomodoro (Solanum lycopersicum) e di tabacco (Nicotiana tabacum) sottoposte ogni volta a diversi trattamenti, concentrandosi sulla gamma di suoni ultrasonici (15-250 kHz), dove il rumore di fondo è più debole.

Il setup sperimentale usato da Khait et al. Sono state registrate due specie di piante: Solanum lycopersicum (pomodoro) e Nicotiana tabacum (tabacco).

In ogni registrazione, tre piante sono collocate all’interno di una scatola acustica con due microfoni direzionali orientati su ciascuna pianta. L’uso di due microfoni aiuta a eliminare i falsi rilevamenti derivanti da scatti di rumore elettrico del sistema di registrazione e dalle interferenze incrociate delle piante. Essi hanno così scoperto che le piante emettono suoni e che le piante stressate dalla siccità emettono significativamente più suoni rispetto alle piante di controllo.

Il numero medio di 15 suoni emessi da piante stressate dalla siccità durante un’ora era, rispettivamente, di 35,4 ± 6,1 e 11,0 ± 1,4 suoni per pomodoro e tabacco. Al contrario, il numero medio di suoni emessi all’ora dalle piante da tutti i gruppi di controllo ben irrigati era inferiore a 1. Sono stati usati tre controlli: registrare dalla stessa pianta prima del trattamento (autocontrollo), registrare da una pianta vicina della stessa specie non trattata (controllo del vicino) e registrare un vaso senza piante (nessun suono).

Numero di suoni registrati (per pianta in 60 minuti) provenienti dalle piante stressate dalla siccità (dry) e dalle piante tagliate (cut).

Come suona una pianta priva di acqua? Le seguenti figure mostrano esempi delle forme d’onda e degli spettri registrati da piante di pomodoro e tabacco stressate dalla siccità. L’intensità media di picco del suono registrata dalle piante di pomodoro stressate dalla siccità era di 61,6 ± 0,1 dB(SPL) a 10 cm, con una frequenza di picco media di 49,6 ± 0,4 kHz (frequenza con energia massima), mentre per le piante di tabacco i valori erano di 65,6 ± 0,4 dB(SPL) e una frequenza media di 54,8 ± 1,1 kHz.

Analogamente alle piante stressate dalla siccità, anche le piante tagliate hanno emesso molti più suoni rispetto alle piante di controllo. Le piante di pomodoro e tabacco tagliate, infatti, sono risultate emettere 25,2 ± 3,2 e 15,2 ± 2,6 suoni all’ora, rispettivamente, mentre il numero medio di suoni emessi dalle piante di controllo era inferiore a 1. Le figure qui sotto mostrano esempi delle forme d’onda e degli spettri registrati da piante di pomodoro e tabacco tagliate (cut).

Forme d’onda (in alto) e spettri in frequenza (in basso) dei suoni emessi da piante di pomodoro e tabacco stressate dalla siccità (dry) e tagliate (cut).

L’emissione delle piante rivelata dai ricercatori, percepita nell’intervallo di circa 20-100 kHz, può essere rilevata da una distanza di 3-5 m. I risultati dimostrano per la prima volta che le piante emettono suoni dispersi nell’aria rilevabili a distanza e lo fanno in particolare sotto stress. Le condizioni delle piante possono essere rilevate a distanza semplicemente ascoltando le loro emissioni sonore. Leggi anche il ns. articolo Come rivelare e misurare gli ultrasuoni, che trovi qui.

Suoni “naturali” o generati artificialmente

Ma le “sorprese” delle piante non finiscono qui, e coinvolgono anche i dilettanti. Vicino Torino, nell’eco-comunità di Damanhur, potresti voler assistere a un concerto di piante “cantanti”, in cui dei sensori attaccati alle piante traducono alcuni dei loro processi biologici in musica tramite un sintetizzatore. Oppure, se ti capita di navigare sul web, scoprirai che per meno di 300 euro puoi acquistare una apparecchio che ti permetterà di ascoltare la “musica” delle tue piante d’appartamento.

L’apparecchio mostrato  nella figura qui sopra, sviluppato dai ricercatori di Damanhur, consente alle piante di produrre suoni e fare musica. Lo fa misurando la resistenza elettrica dei tessuti vegetali e trasducendola in un segnale MIDI (Musical Instruments Digital Interface). Il segnale MIDI controlla quindi un sintetizzatore che produce il suono reale. 

Ciò può, a prima vista, stupire. Le piante sono fabbriche di ossigeno silenziose, inconsapevoli e non reattive. Secondo la concezione tradizionale non possono fare musica. Ma qual è la verità sulle piante? Come hanno il senso del mondo? Come comunicano tra loro e rispondono alla miriade di variabili che i loro ambienti lanciano contro di loro? Per un gruppo di organismi che costituisce circa il 99% della biomassa su questo pianeta, in realtà abbiamo pochissime risposte a una di queste domande.

Naturalmente, le piante non producono direttamente la musica. Il suono che sentiamo come musica da un sintetizzatore in un “concerto di piante” a Damanhur proviene dal movimento all’interno della pianta durante il processo di cavitazione in cui le bolle d’aria vengono aspirate attraverso il corpo della pianta, specialmente quando l’acqua è scarsa. È come avere una macchina che trasforma l’aspirazione del tuo frappè attraverso una cannuccia in “rumore” generato dal sintetizzatore.

Invece, le macchine che traducono il “biofeedback” delle piante in musica non hanno nulla di “naturale” in sé: non hanno nulla a che fare con il suono delle piante alle frequenze degli ultrasuoni. L’apparato usato in molti di questi casi è un semplice multimetro che misura l’impedenza elettrica della pianta. Quei segnali elettrici vengono poi trasformati in note usando un chip sonoro, come quello della scheda audio del tuo computer, ed è così che i suoni hanno un senso per le nostre orecchie umane.

Un trasduttore a ultrasuoni o un microfono permettono di udire il suono “naturale” delle piante (ad es. per la cavitazione), mentre i due elettrodi in figura, collegati rispettivamente a una foglia e al terreno vicino alle radici di una pianta, forniscono l’ingresso all’apparecchio mostrato sotto, che con l’ausilio di un computer e della tecnologia MIDI trasforma in suoni del tutto “artificiali” le fluttuazioni di resistenza (e quindi di potenziale) fra i due elettrodi.

All’inizio, potrebbe essere difficile assimilare l’idea che alla fine la musica prodotta dalla pianta non sia solo il risultato automatico di questa connessione elettrica, ma piuttosto sia stata anche coinvolta la consapevolezza della pianta. Eppure, questo è ciò che i ricercatori di Damanhur hanno scoperto nei loro quarant’anni di ricerche. Dopo un po’ di tempo in cui sono stati esposti ai propri suoni, le piante sembrano rendersi conto che il suono proviene da loro e iniziano a modularlo intenzionalmente.

Ne ha assistito personalmente, anni fa, Simone Vitale, mentre provava a suonare per un’esibizione dal vivo. Si era ritrovato a passare ore a suonare il piano insieme a una pianta e stava assistendo al lento sviluppo del processo. I sottili cambiamenti nella musica della pianta in risposta al suono del piano e il suo proprio suono stava diventando sempre più evidente per Simone. Dunque, questo approccio del biofeedback apre tutto un nuovo settore di esplorazione per gli scienziati dilettanti.

La dott.ssa Monica Gagliano, fisiologa delle piante e professore associato alla School of Biological Sciences dell’Università dell’Australia Occidentale, è uno degli scienziati che studiano i modi in cui le piante effettivamente usano e interagiscono con il suono e cerca di dimostrare che le piante hanno la loro versione della cognizione. In uno studio ha scoperto che le radici delle giovani piante di mais producono “suoni di clic” di circa 220 Hz e rispondono ai suoni di clic emessi alla stessa frequenza.

Ispirandosi agli studi della Gagliano, l’installazione “Giardino biofonico” ricontestualizza un ambiente di laboratorio in cui un gruppo di piantine di mais sono sospese in un serbatoio d’acqua che cresce verso un tono sinusoidale costante di 220 Hertz. Un set di cuffie consente di sintonizzarsi nell’ambiente acustico delle radici amplificato da due idrofoni.

Inoltre, la Gagliano e il suo team hanno recentemente dimostrato che le radici delle piantine di piselli sono in grado di localizzare le fonti d’acqua rilevando le vibrazioni generate dal movimento dell’acqua. La Gagliano è stata una delle voci all’avanguardia a favore della necessità di ulteriori ricerche sulla cosiddetta “bioacustica delle piante” – che mira a studiare le strategie adattative delle piante che impiegano l’uso del suono – per comprendere il significato ecologico del suono nelle piante.

Si potrebbe, erroneamente, sostenere che l’unico suono ecologicamente rilevante sia il suono “naturale” della pianta stessa. Un esempio comune è il processo di impollinazione tramite il ronzio, in cui le piante rilasciano polline solo quando vengono fatte vibrare a una frequenza specifica dalle api impollinatrici. Le piante possono anche rispondere selettivamente alle vibrazioni meccaniche generate dalla masticazione di erbivori di insetto suscitando risposte chimiche difensive.

Anche Vijay Nishanth, conservazionista urbano ma meglio noto in India come il “dottore degli alberi”, lavora da alcuni anni alla registrazione dei suoni delle piante usando macchine che sfruttano la tecnologia MIDI (Musical Instrument Digital Interface), che converte le correnti elettriche sulla superficie delle foglie di una pianta in note musicali. Egli mira a registrare i suoni di 100 specie di flora. Ciò potrebbe aiutare anche nel valutare le condizioni del suolo e il clima, e la conservazione delle piante.

Il “dottore degli alberi” (citato nel testo) in azione. Si notino gli elettrodi posti sull’albero per esigenze di scena, ma normalmente collegati alla superficie delle foglie.

Per la sua originale ricerca, Vijay ha acquistato una macchina chiamata “MIDI Sprout”, che registra i suoni delle piante dopo aver attaccato due delle sue sonde alle foglie della pianta. Le sonde misurano la piccola corrente che le attraversa, nonché piccole fluttuazioni della conduttività e questi segnali vengono poi convertiti in suono. Vijay, insieme al suo amico musicista Ajit Padmanabh, ha utilizzato questo strumento per registrare i suoni di 10 specie vegetali nello studio musicale di Ajit, e da lì non si è più fermato.

L’idea di fondo della ricerca di Vijay è quella di provare a vedere se ci sono degli schemi caratteristici nei “suoni” delle diverse specie di piante. Vijay ha osservato che i suoni di una pianta vengono cambiati anche in base agli stimoli. Ad esempio, quando si tocca una pianta, il suono cambia. Allo stesso modo, viene registrato un cambiamento anche se le piante vengono collocate in un ambiente diverso. Insomma, anche se le piante non vedono con gli occhi, un po’ come i ciechi sfruttano altri “sensi”.

Come “ascoltare” le piante non per scienza

Ma, soprattutto, studiare in modo più sistematico e approfondito i “suoni” delle piante potrebbe aiutarci a capire come comunicano con l’ambiente, tra loro o con noi. E per farlo si potrebbe forse usare un giorno la luce, che ha un impatto molto più grande sulle persone. Al prestigioso MIT di Boston, nel 2017, sfruttando l’enzima delle lucciole sono stati in grado ingegnerizzare le piante in modo che possano emettere un bagliore. Immaginate una pianta che reagisca a uno stimolo variando la sua luce!

La pianta bioluminescente creata da ricercatori dell’MIT.

Oltre alle risposte elettriche delle piante, alcuni artisti hanno usato dei parametri alternativi per tradurre in una vera e propria “musica” la vita delle piante. Ad esempio, Christine Ödlund ha collaborato con il gruppo di ricerca di chimica ecologica a Stoccolma per creare una composizione elettroacustica accompagnata da una partitura in cui traspone in toni i segnali chimici rilasciati da un’ortica pungente quando viene attaccata da un bruco e per mostrare come la pianta comunica con le piante sue vicine.

L’installazione “Oxygen Flute”, creata da Chris Chafe e Greg Niemeyer, rivela la respirazione di piante e umani attraverso le misure della CO2 in una camera piena di bambù. La fluttuazione dei valori di CO2 all’interno della camera sigillata si traduce in musica di flauto di bambù che favorisce nel visitatore una percezione accresciuta del proprio respiro. La sonificazione di queste relazioni nascoste tra vita vegetale e vita animale richiama l’attenzione su tali concetti in modo molto fisico ed emotivo.

Il suono del flauto in questa installazione citata nel testo è più forte durante il giorno, quando si produce più CO2 per l’assembrarsi di numerosi visitatori.

Il MIDI Sprout, in particolare, è un dispositivo – sviluppato dalla Data Garden – in grado di leggere l’attività elettrica di una pianta e di tradurla in musica. Esso viene fornito con due sonde che misurano piccole correnti elettriche sulla superficie della foglia di una pianta. La macchina legge i relativi impulsi, che vengono trasmessi a un algoritmo e ad un sintetizzatore all’interno del dispositivo, che li traduce in suoni. Proprio come un musicista usa un violino o un oboe per creare musica, allo stesso modo le piante usano questo dispositivo per “esprimersi” e “fare musica”.

Il MIDI Sprout, in pratica, sfrutta le informazioni elettriche rivelate dagli elettrodi sulla foglia per modulare un controller MIDI. Nel dispositivo simile (ma con diversa collocazione degli elettrodi) sviluppato dalla comunità di Damanhur, l’utente può però selezionare anche una voce di sintetizzatore, scala, accordatura e ritmo (risoluzione) ed esso suona le note corrispondenti nella scala quando la corrente nella pianta cambia. La sfida è ottenere abbastanza segnali per produrre “suoni” o schemi caratteristici. Per fare una vera e propria ricerca scientifica, occorrerebbero in generale molti più sensori e dati in ingresso.

Il MIDI Sprout, il dispositivo di sonificazione prodotto da Data Garden, il quale permette di controllare in tempo reale un sintetizzatore audio, convertendo le fluttuazioni di corrente sulla superfice di una foglia in note e controlli MIDI che possono essere letti da sintetizzatori e computer. Il dispositivo può essere interfacciato a un computer o anche a un semplice smartphone. Come l’altro, è un gadget: c’è ben poco di scientifico!

La scienza ci mostra che stare vicino ad alberi e piante migliora il nostro benessere fisico, mentale ed emotivo. Il potere curativo delle piante è stato a lungo compreso dalle culture indigene che comunicavano con la natura e sfruttavano il potere delle piante in essenze di fiori, oli o erbe, nonché intraprendendo viaggi nella natura per curare il loro corpo, mente e spirito. Ora le possibilità di guarigione delle piante hanno fatto un altro passo avanti con l’arrivo della “musica” delle piante.