Er is een oud boerenverhaal dat zegt:"Op een rustige nacht kun je het koren horen groeien." Het lijkt misschien grappig, maar Douglas Cook van de New York University en collega's Roger Elmore en Justin McMechan, aan de Universiteit van Nebraska, konden contactmicrofoons gebruiken om de geluiden van de maisteelt direct op te nemen.

Maïs is het belangrijkste graangewas in de VS met meer dan 350 miljoen ton die jaarlijks wordt geoogst. Maar een gebrek aan begrip over de mechanismen die betrokken zijn bij door de wind veroorzaakte mislukking van de maïsstengel, heeft verdere verbeteringen in de maïsproductie belemmerd. Gewaswetenschappers werken al meer dan 100 jaar aan dit probleem, zij het met slechts marginaal succes.

Nutsvoorzieningen, door werktuigbouwkundige hulpmiddelen en technieken toe te passen, een groep ingenieurs en plantwetenschappers onder leiding van Cook boekt vooruitgang bij het aanpakken van dit probleem en het ontdekken van andere problemen met betrekking tot plantengroei en -ontwikkeling.

Tijdens de 172e bijeenkomst van de Acoustical Society of America en de 5e gezamenlijke bijeenkomst met de Acoustical Society of Japan, wordt gehouden van 28 november - dec. 2, 2016, in Honolulu, Hawaii, Cook zal zijn werk beschrijven met behulp van akoestische emissietechnieken om de groei en breuk van maïsstengels te onderzoeken.

"Materiaalbreuk lijkt veel op een microscopisch kleine aardbeving:het plotseling vrijkomen van interne spanningen stuurt geluidsgolven die in alle richtingen uitstralen, Cook legde uit. "We gebruiken speciale sensoren, piëzo-elektrische contactmicrofoons genaamd, om de geluiden te controleren die worden uitgezonden door maïsstengels vlak voordat ze defect raken. Dit helpt ons het faalproces beter te begrijpen."

Dus hoe klinkt het? "Verrassend genoeg, het klinkt opmerkelijk veel op de geluiden die worden gemaakt wanneer maïs breekt, Cook zei. "We denken nu dat plantengroei gepaard gaat met miljoenen kleine breukgebeurtenissen, en dat deze breukgebeurtenissen de fabriek ertoe aanzetten zich te haasten om de kapotte gebieden te 'repareren'. Door continu te breken en te repareren, de plant kan steeds groter worden."

Hoewel de onderzoekers nog niet hebben vastgesteld of dit voor alle planten geldt, Cook suggereerde dat het een mechanisme kan zijn dat vergelijkbaar is met het mechanisme dat betrokken is bij spierontwikkeling:het heffen van gewichten zorgt voor kleine microscheurtjes in de spier en, als deze worden gerepareerd, de spier wordt versterkt.

Deze intrigerende bevinding is het resultaat van de fusie van twee schijnbaar niet-verwante disciplines:plantenwetenschap en werktuigbouwkunde.

"Jaarlijks gaan veel gewassen verloren door windschade, Cook zei. "Ingenieurs weten veel over het voorkomen van structureel falen, en door gebruik te maken van natuurlijke veredelingstechnieken kunnen plantenwetenschappers vrijwel elk kenmerk van de plant dat ze kunnen meten verbeteren. Je kunt je dus voorstellen dat door deze twee disciplines samen te werken veel vooruitgang kan worden geboekt in de structurele integriteit van planten."

Op het gebied van toepassingen, "dit is een heel jong onderzoeksgebied, dus het meeste van ons werk is nog steeds vrij fundamenteel van aard, Cook zei. "We leren over plantengroei en -breuk, wat nuttig kan zijn voor veredelaars bij het ontwikkelen van optimaal ontworpen planten."

Bijvoorbeeld, ze hebben geleerd dat de bladeren van maïsplanten eigenlijk de meeste structurele ondersteuning bieden tijdens perioden van snelle groei. Dat is best verbazingwekkend volgens Cook - en niet een rol die een blad normaal gesproken moet spelen. Het moet plantwetenschappers dus helpen om nieuwe rassen te ontwikkelen met taaiere bladeren die minder vatbaar zijn voor uitval tijdens de groeifase.

Cook's achtergrond ligt in de menselijke biomechanica, dus gebruiken hij en collega's momenteel computertomografie (CT) -technologie om 3D-beelden van planten te verkrijgen.

"We zijn ook van plan om magnetische resonantiebeeldvorming (MRI) -technologie te gebruiken om de groei en ontwikkeling van maïs te visualiseren, Cook voegde eraan toe. "We willen graag meer leren over het falen van de stengel - met als doel de 'zwakste schakel' binnen het proces van het falen van de stengel te identificeren. Zodra het is geïdentificeerd, plantwetenschappers kunnen proberen de stengelsterkte en veerkracht te verbeteren."