Planter ringe 911 for at hjælpe deres naboer

"Jeg vidste, at jeg ville have meget at lære, men jeg var klar til det," siger den 18-årige fra Wilmington, Delaware.

To år og snesevis af eksperimenter senere, Sweeney, nu en senior på Charter School of Wilmington, er den første forfatter til en forskningsartikel publiceret i Frontiers i Plant Science, en førende videnskabelige tidsskrift - en sjælden præstation for en high school elev.

Hvad Sweeney og Prof. Bais opdaget ved University of Delaware kan gøre dig tænke anderledes fra nu af, når du slå græsset eller katten begynder noshing på dine stueplanter.

I undersøgelser af Arabidopsis thaliana, også kendt som sennep ukrudt, holdet fandt, at når et blad blev hakker, den skadede plante sendt ud en nødsituation alarm til de omkringliggende planter, som begyndte kræfter oppe deres forsvar.

"En såret anlæg vil advare sine naboer fare," siger Bais, der er lektor af plante og jord videnskaber i UD College of landbrug og naturressourcer. "Det behøver ikke råbe eller tekst, men det bliver budskabet igennem. Kommunikationssignalerne er i form af luftbårne kemikalier, der frigives primært fra bladene."

Sweeney dykkede i arbejde i Bais laboratorium på Delaware Biotechnology Institute efter skole, i weekender og i sommer pauser, dyrkning anslået tusinde Arabidopsis-planter til forsøg. Frø blev anbragt i petriskåle og reagensglas indeholdende agar, et gelatinøst vækstmedium. Hvert parti af frø ville spire efter cirka seks dage omdanne til sarte-stammede tre-tommer planter med lyse, grønne blade.

En dag i laboratoriet, Sweeney sætte to planter med få centimeters mellemrum på den samme Petri plade og lavet to små nedskæringer på bladet af en til at simulere et insekt angreb.

Hvad skete næste, som Sweeney siger, var "en uventet overraskelse." Den næste dag, havde rødderne på den skadede nabo plante dyrkes mærkbart længere og mere robust - med mere lateral rødder stikke ud fra den primære rod.

"Det var vanvittigt - jeg troede ikke det i første omgang," Bais siger. "Jeg ville have forventet den skadede plante til at sætte flere ressourcer ind i voksende rødder. Men vi kunne ikke se det."

Bais bedt Sweeney at gentage eksperimentet flere gange, partitionering planterne til at udelukke enhver kommunikation mellem rodsystem. I tidligere forskning, havde Bais vist, hvordan jordbakterier, der lever blandt rødderne kan signalere blade porer, kaldet stomata, at lukke op for at holde invasive patogener ud.

"Grunden til den skadede anlægget lægge ud flere rødder er at fouragere og erhverve flere næringsstoffer for at styrke sit forsvar," Bais siger. "Så vi begyndte at lede efter forbindelser, der udløser rodvækst."

Sweeney målte auxin, en nøgle plante væksthormon og fandt mere af dette gen udtrykkes i tilstødende planter, når en skadet plante var omkring. Han bekræftede også, at nabo planter af sårede planter udtrykker et gen, der svarer til en malat transporter (ALMT-1). Malate tiltrækker gavnlige jordens mikroorganismer, herunder Bacillus subtilis, som Bais og hans kolleger opdagede flere år siden. , Uskadt Tilsyneladende planter, der er i umiddelbar nærhed af sårede dem, og som har øget malat transportør associeret mere med disse mikrober. Disse nyttedyr obligation med rødder uskadt planter til at øge deres forsvar.

Homing ind på kemiske signaler

"Så den skadede planten sender signaler gennem luften. Det er ikke frigive disse kemikalier til at hjælpe sig selv, men at advare sine plante naboer," Bais sagde.

Hvad er disse mystiske sammenblandede, videnskabeligt kendt som flygtige organiske forbindelser, og hvor længe skal de forblive i atmosfæren eller i jord for den sags skyld - er det ligesom en spritz parfume eller dvælende aroma af frisk-kogte popcorn?

"Vi ved det ikke endnu," siger Bais, der allerede har startet denne næste del af forskningen. "Men hvis du går gennem et felt af græs efter den er blevet mejet eller en afgrøde felt efter høst, vil du lugte disse forbindelser."

Bais credits Sweeney for opdagelsen, rose hans hårde arbejde og vilje til at lære, på toppen af ​​hans andre high school-studier og svømning op mod 22 timer om ugen.

"Du er nødt til at nærme sig dette arbejde med engagement og fuldstændighed. Du kan ikke bare gøre det halvvejs," Bais siger. "I Connor, har du grad studerende materiale. Hvor han vil gå, vil han skinne."

"Arbejde med Dr. Bais har været stor," Sweeney siger. "De fleste børn ikke kommer til at arbejde i et laboratorium. Jeg har faktisk gennemført hele projektet og skrevet et papir. Det er meget spændende."

Sweeney krediterer også svømning for at hjælpe ham med videnskaben.

"Svømning kræver et vist niveau af mental vedholdenhed - det kræver at stirre på bunden af ​​en pulje," han siger. "Indlæringskurven her var meget stejle for mig. Da jeg havde forurening i et laboratorium prøve, når jeg trak vejret på noget, jeg var nødt til at starte forfra. Men tålmodighed og omhu jeg har lært har gjort mig til en bedre videnskabsmand."

Som søn af UD alun, Sweeney besøgte først Delaware Bioteknologi Institut som en ottende grader, for en boot camp om grundlæggende laboratorieprocedurer, som udløste hans interesse for forskning. Han har siden vundet 2016 Delaware BioGENEius Challenge, var en 2016 international BioGENEius Challenge finalist og blev navngivet en semifinalist i 2017 Regeneron Science Talent Search. Dette fald, vil han afværge til MIT, dobbelt-hovedfag i økonomi og biologiske teknik.

"Jeg er interesseret i at se på landbrugets side af videnskab," han siger. "Det lyder måske ikke sexet, men alle har brug for at spise. Så hvis du kan bruge avancerede teknologier inden for genomik, at foderstoffer flere mennesker mens mindske den miljømæssige fodaftryk, det er hvor jeg ønsker at være."