Проект на тему «Влияние музыки на рост и развитие растений»

Введение

Про растения и музыку рассказывают много, и рассказы эти очень разные. Одни садоводы ставят в теплицу старый приёмник и уверяют, что огурцы под него завязываются дружнее, другие включают комнатным цветам Моцарта, третьи пересылают друг другу ролик, где цветок якобы отклоняется от колонки с тяжёлым роком. Если же открыть учебник биологии, выясняется, что у растения нет ни ушей, ни нервов, и непонятно, чем оно могло бы эту музыку «слушать». Из этого расхождения между тем, во что многие верят, и тем, что известно о строении растения, и вырос наш проект.

Тема не такая несерьёзная, как может показаться. За последние двадцать лет в научных журналах вышло несколько работ, где растения откликались на звуковые колебания: у них менялась работа генов, прибавлялось защитных веществ, а в одном опыте даже становился слаще нектар. Музыку как таковую там почти не изучали, и потому её действие остаётся открытым вопросом. Проверить его можно и в школе, причём такой опыт учит главному в исследовательской работе, то есть умению поставить эксперимент так, чтобы его результату можно было доверять.

Паспорт проекта. Тип проекта: исследовательский. Проблема: считается, что музыка ускоряет рост растений, но научные данные об этом противоречивы. Цель: выяснить в эксперименте, влияет ли музыка разных жанров на рост и развитие проростков фасоли. Гипотеза: под спокойную классическую музыку фасоль растёт быстрее, чем в тишине, а громкий рок её рост замедляет. Объект исследования: проростки фасоли обыкновенной. Предмет исследования: высота растений, число листьев и их внешний вид при разных звуковых условиях. Продукт: отчёт об эксперименте с фотодневником и советы тем, кто решит повторить опыт.

Работа шла в несколько этапов. Сначала мы прочитали, что пишут о звуке и растениях учёные и популярные издания, и разобрали, чем удачные опыты отличаются от неудачных. Затем придумали методику с одной контрольной и двумя опытными группами, три недели выращивали фасоль и вели дневник наблюдений, а в конце обработали измерения, сравнили их с гипотезой и подготовили презентацию к защите.

Глава 1. Звук и растения: что известно науке

1.1 Как растение может воспринимать звук

С точки зрения физики звук представляет собой механические колебания, бегущие по воздуху, воде или твёрдому телу. Мы ловим их ухом, но колебания действуют на всё, до чего доходят: в грозу дребезжат стёкла, от басов в машине рябит кофе в стаканчике, вздрагивают и листья. Уха у растения нет, а вот к механическим воздействиям его клетки чувствительны, и это известно давно. Если стебель регулярно трогать или если его постоянно качает ветер, растение вырастает ниже и крепче своих соседей, и у этого явления есть даже научное название, тигмоморфогенез.

Как именно колебания превращаются в ответ растения, до конца не выяснено. Одна из версий связывает это с ионными каналами в мембранах клеток, которые открываются, когда мембрана растягивается: через них в клетку идут ионы, запускается цепочка сигналов, и в итоге может измениться работа каких-то генов. Из этой версии следует важная вещь. Мелодию, гармонию и «настроение» растение различать не может, Моцарт для него ничем не лучше рока, зато громкость, высота звука и то, как долго он звучит, вполне могут иметь значение.

1.2 История опытов с музыкой

Больше всего шума в своё время наделали опыты Дороти Реталлак, американки, которая в конце 1960-х выращивала растения в нескольких камерах и каждой включала свою музыку. В книге «Звук музыки и растения», вышедшей в 1973 году, она описывала, как под классику растения тянулись к динамику, а под рок отворачивались от него и хирели. Журналисты подхватили эту историю с восторгом. Учёные же отнеслись к ней прохладно, и причины были вполне конкретные: растений было мало, камеры отличались не только музыкой, а когда другие исследователи пробовали повторить опыт, ничего похожего у них не получалось.

Через тридцать с лишним лет к той же теме вернулись «Разрушители легенд». В выпуске 2004 года ведущие вырастили горох в нескольких теплицах, и оказалось, что растения со звуком действительно выросли лучше, чем в тишине, только «тяжёлая» музыка справилась не хуже классической. Научным исследованием передачу не назовёшь, но её итог наводит на мысль, которую мы потом положили в основу своего опыта: если звук и влияет на растения, то, похоже, через сами колебания, а не через жанр.

1.3 Что показывают современные исследования

Среди научных работ последних лет нам встретились три особенно интересные. Корейская группа под руководством М.-Дж. Чона в 2008 году сообщила, что звуки частотой 125 и 250 Гц усиливали в листьях риса работу генов, связанных с реакцией на свет. Х. Аппель и Р. Кокрофт из Миссурийского университета в 2014 году «проигрывали» резуховидке Таля запись вибраций, которые производит гусеница, когда грызёт лист, и такие растения потом, при настоящем нападении, вырабатывали больше защитных веществ. Наконец, в 2019 году израильские исследователи из группы Л. Хадани заметили, что цветки энотеры, «услышав» пролетающую пчелу, уже через несколько минут делают нектар слаще.

Музыки ни в одной из этих работ не было. Тем не менее все три сходятся в главном: на звуковые колебания растения отвечают, и ответ зависит от частоты. Значит, опыт с музыкой имеет смысл, но только если он поставлен по правилам. Нужна контрольная группа, которая растёт в тишине, у всех групп должны быть одинаковыми свет, тепло, полив и грунт, растений в каждой группе должно быть не два-три, а хотя бы десяток. И громкость лучше держать умеренной, иначе потом не разберёшься, подействовала музыка или просто сильная вибрация.

Чтобы выбрать громкость, мы взяли привычные ориентиры, показанные на рисунке 1. Музыка в опыте звучала примерно на 60 дБ, то есть как обычный разговор: звук хорошо слышен, но до грохота концерта ему далеко. Стоит помнить, что децибелы растут не равномерно: прибавка каждых десяти децибел означает, что интенсивность звука выросла в десять раз, так что рок-концерт отличается от разговора вовсе не вдвое.

Глава 2. Эксперимент

2.1 Методика эксперимента

Для опыта мы взяли фасоль обыкновенную. У неё крупные семена, она быстро всходит, и уже через неделю видно, какой проросток обгоняет соседей. Семена сутки замачивали, потом сажали по одному в одинаковые стаканчики с универсальным грунтом. Группы стояли в трёх соседних комнатах на подоконниках, выходящих на одну сторону, чтобы свет и температура были одинаковыми, а музыка из одной комнаты не доносилась в другую. Поливали все растения через день одинаковым количеством отстоянной воды. Чем группы отличались друг от друга, показано в таблице 1.

Таблица 1 — Условия эксперимента

Больше всего споров вызвал выбор музыки. В конце концов для каждой опытной группы собрали плейлист ровно на три часа, а колонки взяли одной модели и поставили на одинаковом расстоянии от растений, примерно в полуметре, проверив громкость бесплатным приложением-шумомером на телефоне. Такой шумомер не заменит настоящий прибор, однако для того, чтобы выставить в двух комнатах одинаковый уровень звука, его хватает. Музыка включалась днём, в одно и то же время, а вечером и ночью во всех трёх комнатах было тихо.

Ещё одна предосторожность связана с тем, кто измеряет растения. Автор проекта заранее ждал, что «классическая» фасоль окажется выше, и это ожидание могло незаметно повлиять на то, как прикладывать линейку. Поэтому стаканчики пометили номерами без названия группы, и замеры делал помощник, не знавший, какие номера к какой группе относятся. В науке такой приём называют слепым измерением, и в школьном опыте он стоит совсем немного усилий.

Раз в три дня каждое растение измеряли линейкой от поверхности грунта до верхушки, считали настоящие листья и фотографировали всех на одном и том же белом фоне, чтобы потом можно было сравнить снимки. Опыт продолжался 21 день. Что показали измерения и подтвердилась ли гипотеза, рассказано в следующем параграфе.