La próxima vez que te dejes arrullar por el golpeteo de la lluvia fuera de tu ventana, piensa en cómo ese mismo chorro podría sonar si fueras una diminuta semilla plantada justo debajo de una gota en caída libre. ¿Seguirías sintiendo la misma calma?

De hecho, ingenieros del MIT han descubierto lo contrario: algunas semillas pueden activarse al sonido de la lluvia. En experimentos con semillas de arroz, el equipo encontró que el sonido de las gotas al caer lograba sacar eficazmente a las semillas de su estado latente, estimulando que germinaran más rápido que aquellas que no fueron expuestas a las mismas vibraciones sonoras.

Los resultados del equipo, que se publican hoy en la revista Scientific Reports, son la primera evidencia directa de que las semillas y plántulas de plantas pueden detectar sonidos en la naturaleza. Sus experimentos se realizaron con semillas de arroz que sumergieron en agua poco profunda. El arroz puede germinar tanto en tierra como en agua poco profunda. Los investigadores sospechan que muchos otros tipos de semillas similares también pueden responder al sonido de la lluvia.

El equipo desarrolló una hipótesis para explicar cómo podrían hacer esto las semillas. Descubrieron que cuando una gota de lluvia golpea la superficie de un charco o el suelo, genera una onda sonora que hace vibrar los alrededores, incluidas las semillas poco sumergidas. Estas vibraciones pueden ser suficientemente fuertes para desplazar los “estatolitos” de una semilla, unas diminutas organelas que detectan la gravedad y se encuentran en ciertas células de la semilla. Cuando estos estatolitos se agitan, su movimiento es una señal para que las semillas o plántulas crezcan y broten.

“Lo que este estudio dice es que las semillas pueden detectar el sonido de manera que les ayuda a sobrevivir”, comenta Nicholas Makris, autor del estudio y profesor de ingeniería mecánica en el MIT. “La energía del sonido de la lluvia es suficiente para acelerar el crecimiento de una semilla”.

Makris y su coautora, Cadine Navarro, exestudiante de posgrado del Departamento de Estudios Urbanos y Planeamiento del MIT, sospechan que el sonido de la lluvia es similar a las vibraciones generadas por otros fenómenos naturales como el viento. Planean dar continuidad a este trabajo investigando otras vibraciones y sonidos naturales que puedan percibir las plantas.

Vibración sonora

Las plantas son sorprendentemente perceptivas. Para sobrevivir, han evolucionado para detectar y responder a estímulos de su entorno. Algunas se cierran al ser tocadas, mientras que otras se repliegan cuando perciben olores tóxicos. Y por supuesto, la mayoría responde a la luz, orientándose hacia el sol para crecer.

Las plantas también pueden detectar la gravedad. Las raíces crecen hacia abajo, mientras los brotes se empujan hacia arriba contra la fuerza gravitatoria. Una de las formas en que las plantas detectan y responden a la gravedad es mediante sus estatolitos. Los estatolitos son más densos que el citoplasma celular y pueden desplazarse y hundirse dentro de la célula, como si fueran granos de arena en un frasco de agua. Cuando un estatolito termina asentándose en el fondo, su posición sobre la membrana celular refleja la dirección de la gravedad y señala hacia dónde deben crecer las raíces o los brotes de una semilla. Si el estatolito es desplazado, los científicos han comprobado que esto también puede desencadenar un mayor crecimiento de la semilla.

Makris, cuyo trabajo se centra en la acústica en diversas disciplinas, se sintió intrigado cuando Navarro le hizo preguntas sobre semillas y sonido. Se preguntaron: ¿Podría el sonido ser suficiente para agitar los estatolitos y estimular el crecimiento de una semilla? Y en tal caso, ¿qué sonidos en la naturaleza serían lo bastante fuertes para producir tal efecto?

“Revisé trabajos de colegas de los años 80 que midieron el sonido de la lluvia bajo el agua. Si lo compruebas, verás que es mucho más intenso que en el aire”, dice Makris. “Esto se debe a que el agua es más densa que el aire, así que la misma gota produce ondas de presión mayores bajo el agua. Así que si eres una semilla que está a unos centímetros del impacto de una gota, el tipo de presión sonora que experimentarías en el agua o el suelo es equivalente a lo que recibirías a unos metros de un motor jet en el aire.”

Makris y Navarro sospechaban que esas ondas sonoras inducidas por la lluvia serían suficientes para agitar los estatolitos y estimular el crecimiento de una semilla.

Conectando los puntos de una gota

Para probar esta idea, los investigadores realizaron experimentos con semillas de arroz, que crecen de manera natural en campos poco profundos y encharcados. A lo largo de muchos experimentos repetidos, el equipo sumergió alrededor de 8,000 semillas de arroz en bandejas poco profundas con agua y expuso a secciones de ellas al goteo del agua. Las semillas se situaron lo suficientemente lejos de las gotas en caída libre para que sólo las ondas sonoras las alcanzaran. El equipo varió el tamaño y la altura de cada gota de agua para simular la lluvia ligera, moderada y fuerte.

También emplearon un hidrófono para medir las vibraciones acústicas creadas bajo el agua por las gotas. Compararon estas mediciones con grabaciones tomadas en el campo, como en charcos, estanques, humedales y suelos durante lluvias. Las comparaciones confirmaron que las gotas en el laboratorio estaban generando las mismas vibraciones acústicas inducidas por la lluvia que en la naturaleza.

Al observar las semillas de arroz, los investigadores encontraron que los grupos expuestos al sonido del agua lograron germinar entre un 30 y 40 por ciento más rápido que los grupos no expuestos a estos sonidos, en condiciones idénticas. También hallaron que las semillas ubicadas más cerca de la superficie podían detectar mejor el sonido de las gotas y crecer más rápido, en comparación con las que estaban más sumergidas o alejadas.

Estos experimentos demostraron que existe una conexión entre el sonido de una gota de agua y la capacidad de crecimiento de una semilla. Los investigadores proponen que puede haber una ventaja biológica en aquellas semillas que logran detectar la lluvia: si están lo suficientemente cerca de la superficie para responder al sonido, probablemente están a una profundidad óptima para absorber la humedad y crecer hasta la superficie de manera segura.

El equipo realizó después cálculos para ver si las vibraciones físicas de las gotas serían suficientes para agitar los estatolitos microscópicos de las semillas. Si es así, esto señalaría el mecanismo mediante el cual el sonido puede estimular directamente el crecimiento de la planta.

En sus cálculos, los investigadores consideraron el tamaño y la velocidad terminal de una gota de lluvia (la velocidad constante que alcanza un objeto al caer) y calcularon la amplitud de la vibración sonora que generaría la gota. A partir de esto, determinaron en qué medida estas vibraciones en agua o suelo desplazarían o agitarían una semilla sumergida o enterrada, y cómo una semilla agitada afectaría los estatolitos microscópicos dentro de las células individuales.

Makris y Navarro encontraron que los experimentos realizados con semillas de arroz coincidían con sus cálculos: el sonido de la lluvia puede efectivamente desprender y agitar los estatolitos de una semilla. Este mecanismo probablemente está en la base de la capacidad de las plantas para “detectar” el sonido de la lluvia y crecer en respuesta.

“Se ha hecho una investigación brillante en todo el mundo para descubrir los mecanismos detrás de la capacidad de las plantas de sentir la gravedad”, señala Makris. “Nuestro estudio ha demostrado que estos mismos mecanismos parecen ofrecer a las semillas una manera de percibir profundidades de inmersión en el suelo o el agua que resultan beneficiosas para su supervivencia al detectar el sonido de la lluvia. Le da un nuevo significado a la cuarta microestación japonesa, titulada ‘La lluvia caída despierta la tierra’.”

Este trabajo fue financiado, en parte, por la Beca Bose del MIT y la Cátedra Koch del MIT.

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