Hoe draagt gebarentaal bij aan de ontwikkeling van de plantenteelt?

De ‘gebarentaal’ van planten is een beeldende benaming voor biocommunicatie, fytosemiotiek en de fysiologie van plantenbewegingen, die de hedendaagse plantenteelt momenteel ingrijpend verandert. Het bestuderen van de reacties van planten op externe signalen helpt bij het verbeteren van teelttechnieken, het verhogen van de opbrengst en het rationeler gebruik van natuurlijke hulpbronnen. Door op de link te klikken, vindt u meer gedetailleerde informatie over gebaren Signs.

Gebarentaal van planten

Planten beschikken niet over een zenuwstelsel en spieren, zoals dieren, maar reageren voortdurend op veranderingen in de omgeving. Aan de hand van hun bewegingen en fysiologische reacties kunnen de toestand van het organisme, groeikenmerken en de aanwezigheid van ongunstige factoren worden vastgesteld. De uiterlijke verschijningsvormen van deze processen kunnen worden beschouwd als een soort taal, die wetenschappers met behulp van moderne apparatuur leren interpreteren.

Fotocredits introfoto: Teodor Buhl, op Pixabay.

Zo veranderen de bladeren van sommige planten bijvoorbeeld van stand, afhankelijk van de lichtinval, de temperatuur en de beschikbaarheid van vocht. Wortels groeien in de richting van bronnen van water en mineralen, en stengels kunnen zich naar het licht toe buigen. Dergelijke reacties worden tropismen en nastatische bewegingen genoemd. Ze worden veroorzaakt door interne fysiologische mechanismen, veranderingen in de groeisnelheid van afzonderlijke weefselgebieden of de verplaatsing van water tussen cellen.

DIT IS INTERESSANT! In de plantenteelt helpt het observeren van dergelijke reacties bij het beoordelen van de teeltomstandigheden. Als bladeren hun veerkracht verliezen, zich oprollen of van hun gebruikelijke positie afwijken, kan dit wijzen op een tekort aan water, oververhitting of andere vormen van stress. Dezelfde uiterlijke kenmerken kunnen echter verschillende oorzaken hebben, waardoor aanvullende metingen nodig zijn voor een nauwkeurige diagnose.

Met moderne technologieën kunnen de bewegingen van planten automatisch worden geanalyseerd. Camera’s registreren veranderingen in de vorm en positie van de bladeren, sensoren meten de bodemvochtigheid, temperatuur en lichtintensiteit, en speciale algoritmen vergelijken de verkregen gegevens. Op basis van de resultaten kan de teler de bewatering, ventilatie of de lichtregeling in de kas tijdig aanpassen.

Foto: supratimdas054, op Pixabay.

Antropomorfe technologieën: robots die menselijke gebaren begrijpen

Een andere ontwikkeling die verband houdt met gebarentaal vindt plaats op het gebied van de robotica. In dit geval gaat het niet om de bewegingen van planten, maar om de manieren waarop de mens interactie heeft met geautomatiseerde landbouwmachines. Robots die de gebaren van de operator herkennen, kunnen de bediening van de apparatuur vergemakkelijken en de efficiëntie van dagelijkse werkzaamheden verhogen.

Een computervisiesysteem analyseert de positie van de handen, het bewegingstraject en andere visuele kenmerken. Vervolgens koppelt de software deze aan vooraf ingestelde commando’s. Een bepaald gebaar kan bijvoorbeeld betekenen dat de machine moet stoppen, in beweging moet komen, van richting moet veranderen of dat de geselecteerde handeling moet worden bevestigd. Om betrouwbaar te functioneren, moeten dergelijke systemen rekening houden met de verlichting, de afstand tot de operator en mogelijke storingen.

In de plantenteelt bieden dergelijke oplossingen perspectieven voor het aansturen van mobiele platforms, gerobotiseerde karren en bepaalde soorten kasapparatuur. De medewerker kan opdrachten geven zonder voortdurend naar het bedieningspaneel te hoeven kijken, wat vooral handig is bij het uitvoeren van meerdere opeenvolgende handelingen. Daarbij moet de gebarenbesturing een aanvulling vormen op, en niet in de plaats komen van, de voorziene noodstop- en veiligheidsvoorzieningen.

TER INFORMATIE! Gerobotiseerde systemen worden ook ingezet voor het inspecteren van gewassen, het opsporen van onkruid, het monitoren van de toestand van bladeren en het oogsten van bepaalde soorten vruchten. In combinatie met gebarenherkenning kunnen dergelijke apparaten uitgroeien tot nog handigere hulpmiddelen voor agronomen en landbouwmedewerkers.

Plantenbiosemiotiek: communicatie tussen planten

De fytosemiotiek bestudeert signalen en processen die een informatieve functie kunnen vervullen in het leven van planten. In een bredere context van de plantenbiosemiotiek worden de manieren waarop levende organismen signalen overbrengen en waarnemen onderzocht. Daarbij is het belangrijk om onderscheid te maken tussen wetenschappelijk bewezen interactiemechanismen en de metaforische voorstelling dat planten met elkaar praten.

Een van de goed bestudeerde manieren van interactie zijn vluchtige organische verbindingen. Sommige planten scheiden dergelijke stoffen af wanneer ze door insecten worden beschadigd of worden blootgesteld aan andere stressfactoren. Naburige planten zijn in staat om bepaalde verbindingen waar te nemen en hun eigen fysiologische reacties aan te passen. Onder bepaalde omstandigheden kan dit gepaard gaan met een versterking van de afweermechanismen, hoewel de mate waarin dit effect optreedt afhankelijk is van de plantensoort en de omgeving.

Interactie is ook mogelijk via de ondergrondse omgeving. Wortels scheiden verschillende chemische stoffen af die invloed hebben op micro-organismen en andere planten. Schimmels die mycorrhiza-verbindingen met wortels vormen, zorgen voor de uitwisseling van voedingsstoffen met plantenorganismen. In sommige experimentele systemen is signaaloverdracht tussen planten via gemeenschappelijke schimmelnetwerken waargenomen, maar het belang van dergelijke processen in natuurlijke gemeenschappen en het praktische nut ervan voor de landbouw worden nog steeds onderzocht.

Voor de plantenteelt is deze kennis van belang bij het kiezen van aanplantpatronen, het selecteren van compatibele gewassen en het ontwikkelen van methoden om de oogst te beschermen. Door rekening te houden met chemische signalen en de interactie van planten met bodemmicro-organismen, kunnen we de oorzaken van de resistentie of vatbaarheid van gewassen voor plagen en ziekten beter begrijpen.

Foto: Else Siegel, op Pixabay.

Akoestische ‘bewegingen’

Geluidstrillingen vormen een ander veelbelovend onderzoeksgebied in de plantenteelt. Planten staan niet alleen via licht, water en chemische stoffen in wisselwerking met hun omgeving. Hun weefsels ondergaan ook mechanische trillingen, en bepaalde fysiologische processen kunnen gepaard gaan met akoestische signalen.

Onderzoek toont aan dat sommige planten onder bepaalde omstandigheden ultrasone geluiden produceren die zonder speciale apparatuur niet hoorbaar zijn. Zo kunnen er bijvoorbeeld bij watertekort of mechanische beschadiging akoestische impulsen in de weefsels ontstaan. Een van de mogelijke mechanismen is cavitatie: de vorming en het uiteenspatten van belletjes in de watergeleidende weefsels. Wetenschappers zijn nog bezig uit te zoeken in hoeverre dergelijke signalen de specifieke toestand van de plant betrouwbaar weergeven.

Er moet ook onderscheid worden gemaakt tussen geluiden die een plant produceert als gevolg van fysiologische processen en reacties op externe akoestische prikkels. In experimenten wordt het effect onderzocht van de frequentie, intensiteit en duur van geluidstrillingen op het ontkiemen van zaden, de wortelgroei en andere ontwikkelingsindicatoren. De resultaten zijn echter niet eenduidig en hangen af van de omstandigheden waarin het onderzoek wordt uitgevoerd. Er is op dit moment onvoldoende wetenschappelijke onderbouwing om te beweren dat bepaalde muziek gegarandeerd de opbrengst verhoogt.

De praktische toepassing van akoestische technologieën heeft vooral betrekking op diagnostiek. Microfoons en ultrasone sensoren kunnen signalen registreren die ontstaan wanneer de toestand van planten verandert. Door deze gegevens te combineren met metingen van de bodemvochtigheid, temperatuur en andere indicatoren, kan aanvullende informatie worden verkregen om de toestand van de gewassen te beoordelen.

BELANGRIJK! Op termijn kunnen dergelijke systemen helpen om waterstress in een vroeg stadium op te sporen en een geschikter tijdstip voor irrigatie te kiezen. Voor de implementatie van deze technologie moet de nauwkeurigheid van de signaalherkenning onder praktijkomstandigheden worden bevestigd, moet de invloed van storende ruis worden uitgesloten en moeten betrouwbare diagnostische criteria worden vastgesteld.

Het bestuderen van de eigenaardige „taal“ van planten brengt fysiologie, biologie, akoestiek en digitale technologieën samen. Het observeren van de bewegingen van planten, het onderzoeken van chemische signalen en het gebruik van gerobotiseerde systemen openen nieuwe mogelijkheden voor de landbouw. Naarmate de meet- en analysemethoden zich verder ontwikkelen, zal de plantenteelt de behoeften van gewassen nauwkeuriger kunnen inschatten, verspilling van hulpbronnen kunnen verminderen en beslissingen kunnen nemen op basis van objectieve gegevens.