Planten zijn spraakzame wezens. In het laatste decennium, onderzoekers hebben laten zien dat planten communiceren met behulp van ondergrondse schimmelnetwerken om chemische informatie uit te wisselen. Echter, hoe dat proces precies werkt op microscopisch niveau is niet goed begrepen.

Het beantwoorden van deze vraag kan een grote impact hebben op zowel de plantenecologie als de landbouw, daarom gebruiken professoren Kathryn en Jonathan Morris van Xavier University neutronenverstrooiing in het Oak Ridge National Laboratory (ORNL) van het Department of Energy (DOE's) om uit de eerste hand te observeren hoe deze informatiechemicaliën zich door kleine, pijpachtige netwerken die schimmelhyfen worden genoemd. Of de berichten passief langs de buitenkant van die schimmelnetwerken bewegen of dat de schimmels opzettelijk informatiechemicaliën lokaliseren en absorberen voor transport, blijft onduidelijk.

"In principe, info-chemicaliën zijn chemische verbindingen die planten in de bodem afgeven om elkaar te waarschuwen voor mogelijke bedreigingen en zelfs de groei van andere planten kunnen beperken. We proberen erachter te komen of deze informatiechemicaliën de manier waarop water in de bodem stroomt, verplaatsen. of als ze onafhankelijk van die stroom bewegen, ' zei Kathryn Morris.

Voor dit experiment is de onderzoekers creëerden een klein apparaat waarin een cactus en een tomatenplant geworteld zijn in dezelfde bodemmatrix met een schimmelnetwerk zoals die planten in het wild met elkaar verbinden. Door die grond te beladen met zwaar water en info-chemicaliën, en het aanpassen van de hoeveelheid licht die elke plant ontvangt, de onderzoekers kunnen bepalen wanneer elk organisme drinkt om precies te observeren hoe de info-chemicaliën en het water tussen de planten bewegen.

Neutronenbeeldvorming is ideaal voor dit soort onderzoek omdat neutronen gevoelig zijn voor waterstof, die zowel de planten als de info-chemicaliën in overvloed bevatten. In tegenstelling tot, de bodem bevat niet veel waterstof. Dat betekent dat de info-chemicaliën en plantenwortels er donker uitzien, Doorzichtig, en duidelijke "schaduwen" in de radiografische beelden die de onderzoekers genereren met het IMAGING-instrument van ORNL's High Flux Isotope Reactor (HFIR).

"De info-chemische verbinding bevat waterstof, en het zware water dat in het experiment werd gebruikt, bevat de deuteriumisotoop van waterstof. Het verschil in isotopengehalte is belangrijk omdat de neutronen sterk verstrooien vanuit de waterstof en niet het deuterium, ", zei Jonathan Morris. "Daardoor valt de infochemische stof op als een duidelijke schaduw in de verzamelde neutronenradiologische beelden, terwijl het zware water relatief transparant blijkt te zijn. Dit stelt ons in staat om gemakkelijk de beweging van de info-chemical te onderscheiden van het zware water en het gedrag ervan te bestuderen."

Als u precies begrijpt hoe informatiechemicaliën zich tussen planten verplaatsen langs deze schimmelnetwerken, zou dit belangrijke landbouwtoepassingen kunnen hebben. Bijvoorbeeld, als bepaalde schimmels info-chemicaliën transporteren tussen alleen bepaalde planten, boeren zouden van die netwerken kunnen profiteren om tactisch pesticiden in te zetten die bepaalde plantsystemen zouden aantasten, ongewenst onkruid vernietigen zonder hun gewassen te beschadigen.

"Dit zijn echt opwindende dingen. Wat we hier leren, zal een aanzienlijke invloed hebben op ons begrip van ecologie, ' zei Jonathan Morris.