Växter är pratsamma varelser. Under det senaste årtiondet, Forskare har visat att växter kommunicerar med hjälp av underjordiska svampnätverk för att utbyta kemisk information. Dock, exakt hur den processen fungerar på mikroskopisk nivå är inte väl förstådd.

Att svara på denna fråga kan ha stor inverkan på både växtekologi och jordbruk, vilket är anledningen till att professorerna Kathryn och Jonathan Morris från Xavier University använder neutronspridning vid Department of Energy's (DOE:s) Oak Ridge National Laboratory (ORNL) för att i första hand observera hur dessa informationskemikalier färdas längs små, rörliknande nätverk som kallas svamphyfer. Om meddelandena rör sig passivt längs utsidan av dessa svampnätverk eller om svamparna medvetet lokaliserar och absorberar informationskemikalier för transport är fortfarande oklart.

"I grund och botten, info-kemikalier är kemiska föreningar som växter släpper ut i jorden för att varna varandra för potentiella hot och kan till och med begränsa tillväxten av andra växter. Vi försöker ta reda på om dessa informationskemikalier rör hur vatten strömmar i marken, eller om de rör sig oberoende av det flödet, sa Kathryn Morris.

För detta experiment, forskarna skapade en liten apparat där en kaktus och en tomatplanta är rotade i samma jordmatris som har ett svampnätverk som de som förbinder växter i det vilda. Genom att ladda den jorden med tungt vatten och informationskemikalier, och justera mängden ljus varje planta får, forskarna kan kontrollera när varje organism dricker för att se exakt hur informationskemikalierna och vattnet rör sig mellan växterna.

Neutronavbildning är idealisk för denna typ av forskning eftersom neutroner är känsliga för väte, som både växterna och infokemikalierna innehåller i överflöd. I kontrast, marken innehåller inte mycket väte. Det betyder att informationskemikalierna och växtrötterna visas som mörka, klar, och distinkta "skuggor" i de röntgenbilder som forskarna genererar med IMAGING-instrumentet vid ORNL:s High Flux Isotope Reactor (HFIR).

"Den infokemiska föreningen innehåller väte, och det tunga vattnet som användes i experimentet innehåller deuteriumisotopen av väte. Skillnaden i isotophalt är viktig eftersom neutronerna sprids kraftigt från vätet och inte deuteriumet, ", sa Jonathan Morris. "Det gör att informationskemikalien sticker ut som en distinkt skugga i de insamlade radiologiska neutronbilderna, medan det tunga vattnet verkar vara jämförelsevis genomskinligt. Detta gör att vi enkelt kan skilja informationskemikaliens rörelse från tungvattnet och studera dess beteende."

Att förstå exakt hur informationskemikalier rör sig mellan växter längs dessa svampnätverk kan ha viktiga jordbrukstillämpningar. Till exempel, om vissa svampar transporterar informationskemikalier endast mellan vissa växter, bönder skulle kunna dra fördel av dessa nätverk för att taktiskt distribuera bekämpningsmedel som skulle påverka särskilda växtsystem, förstöra oönskat ogräs utan att skada deras grödor.

"Det här är verkligen spännande grejer. Det vi lär oss här kommer att avsevärt påverka vår förståelse av ekologi, " sa Jonathan Morris.