การจามของคุณเป็นการตอบสนองทางชีวภาพ

การศึกษาซึ่งตีพิมพ์เมื่อวันที่ 19 มิถุนายน และปรากฏบนหน้าปกของJournal of the Royal Society Interfaceเป็นส่วนหนึ่งของทุนสามปีที่ได้รับจากสถาบันอาหารและการเกษตรแห่งชาติของกระทรวงเกษตรสหรัฐฯ เพื่อศึกษาการแพร่กระจายของเชื้อโรคในข้าวสาลีโดย ฝนกระเซ็นและการควบแน่นของหยดกระโดด Jonathan Boreyko ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลในวิทยาลัยวิศวกรรมศาสตร์เป็นผู้ร่วมวิจัยหลักเกี่ยวกับทุนสนับสนุน และ David Schmale ศาสตราจารย์ด้านโรคพืช สรีรวิทยา และวิทยาศาสตร์วัชพืชในวิทยาลัยเกษตรและวิทยาศาสตร์สิ่งมีชีวิต เป็นผู้ตรวจสอบเบื้องต้นของ โครงการเกือบ 500,000 ดอลลาร์ "ศาสตราจารย์ Schmale ได้เห็นงานบางอย่างที่เราทำเกี่ยวกับการควบแน่นและอยากรู้ว่าเราจะเรียนรู้อะไรเกี่ยวกับการควบแน่นบนใบข้าวสาลี" Boreyko กล่าว "โครงการไม่ได้เริ่มต้นด้วยความคาดหวังใดๆ แต่ผู้คนทราบดีอยู่แล้วว่าฝนที่สาดกระเซ็นและลมทำให้สปอร์ของเชื้อโรคถูกกำจัดออกจากพืชและแพร่กระจายไปยังพืชอื่นๆ และเราต้องการดูว่าการควบแน่นอาจมีบทบาทในการแพร่กระจายของสปอร์ด้วยหรือไม่ " นักเรียนที่เกี่ยวข้องในการศึกษานี้ได้รับคำสั่งว่าอย่าคาดหวังหยดน้ำกระโดดในการทดสอบการควบแน่น เนื่องจากเป็นที่ทราบกันดีว่าหยดน้ำจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวเฉพาะเท่านั้น กล่าวคือพื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำยิ่งยวดซึ่งมักเกี่ยวข้องกับวัสดุแปลกใหม่ เช่น ใบบัวและหนังตุ๊กแก พื้นผิวที่ไม่ชอบน้ำยิ่งยวดจะไม่ทำให้เปียก และเมื่อคอนเดนเสททรงกลมโตขึ้น หยดน้ำจะรวมตัวเข้าด้วยกันเพื่อคลายแรงตึงผิว ซึ่งจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ ซึ่งจะผลักมันออกจากพื้นผิว "ตามหลักการแล้ว สิ่งที่พืชกำลังทำคือการจาม" Boreyko กล่าว "ละอองน้ำที่กระโดดในอัตรา 100 หรือมากกว่าต่อชั่วโมงเป็นการขับไล่น้ำค้างออกจากพื้นผิวอย่างรุนแรง เป็นสิ่งที่ดีสำหรับพืชเพราะเป็นการขจัดสปอร์ออกจากตัวมันเอง แต่มันไม่ดีเพราะเช่นเดียวกับ การจาม ของมนุษย์ ของเหลว ละอองฝอยกำลังหาทางไปยังพืชข้างเคียง เช่นเดียวกับหวัด มันเป็นเรื่องง่ายที่จะเห็นว่าพืชที่ติดเชื้อเพียงต้นเดียวสามารถแพร่กระจายโรคไปยังพืชผลทั้งหมดได้อย่างไร" กระดาษที่เขียนร่วมกันครั้งแรกโดย Saurabh Nath และ Farzad Ahmadi นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาด้านวิศวกรรมเครื่องกลในห้องทดลองของ Boreyko แสดงให้เห็นว่าหยดน้ำที่กระโดดสามารถเพิ่มการแพร่กระจายของสปอร์ของโรคได้อย่างมาก Ahmadi กล่าวว่า "เราต้องการทราบก่อนว่าหยดควบแน่นสามารถนำพาสปอร์ได้หรือไม่ และในขณะที่ 90 เปอร์เซ็นต์มีสปอร์เพียงตัวเดียว "เรายังพิจารณาด้วยว่าสปอร์สามารถกระโดดได้สูงเพียงใดและจะผ่านชั้นขอบของใบไม้ได้หรือไม่" ชั้นขอบเขตซึ่งมีความหนาประมาณหนึ่งมิลลิเมตรเป็นพื้นที่ของอากาศใกล้กับพื้นผิวใบซึ่งลมไม่กระทบหยดน้ำ หากพลังงานจลน์จากการรวมตัวเคลื่อนหยดน้ำกระโดดเหนือชั้นขอบเขต ลมจะพัดพาละอองน้ำนั้นไปได้ ขึ้นอยู่กับความเร็วลม เป็นไปได้ที่ละอองลอยจะถูกเคลื่อนย้ายเป็นระยะทางไกล ซึ่งรวมถึงทุ่งหรือฟาร์มใกล้เคียง Ahmadi กล่าวว่า "การใช้กระดาษที่ไวต่อน้ำวัดว่าหยดน้ำสามารถกระโดดได้สูงเพียงใด "จุดสีน้ำเงินบนกระดาษแสดงให้เราเห็นหยด และจุดสีแดงแสดงให้เราเห็นสปอร์ ดังนั้นด้วยวิธีนี้ เราจึงสามารถคำนวณทั้งความสูงและจำนวนของสปอร์ในหยดได้" ละอองในการทดสอบของ Ahmadi มักจะพุ่งขึ้นจากพื้นผิวของใบไม้ 2-5 มิลลิเมตร ซึ่งสูงกว่าระยะทางที่จำเป็นที่ลมจะพัดพาไปสะสมไว้ที่อื่น "สิ่งสำคัญคือต้องตระหนักว่าหยดเหล่านี้มีขนาดจิ๋ว" Boreyko อธิบาย "ละอองน้ำแต่ละหยดมีขนาดพอๆ กับความหนาของเส้นผม - ประมาณ 50 ไมโครเมตร ดังนั้น ทั้งหมดนี้จึงเกิดขึ้นในระดับที่เราไม่ทันสังเกต ลมความเร็ว 0.1 เมตรต่อวินาทีสามารถรองรับน้ำหนักของละอองน้ำที่กระโดดได้ ในขณะที่หยดน้ำโดยตรงบนใบไม้ต้องใช้ลม 10 เมตรต่อวินาที ซึ่งแรงกว่า 100 เท่าในการพัดพาออกไป เมื่ออยู่ในสายลม สมมุติฐานแล้ว ไม่จำกัดว่าสามารถพัดพาไปได้ไกลแค่ไหน" ความเร็วลมต่ำที่จำเป็นในการพัดพาละอองน้ำหมายความว่าหยดน้ำค้างที่สปอร์สามารถมีผลกระทบอย่างมากต่อสุขภาพพืชผลในพื้นที่กว้างมาก "ตอนนี้เรารู้แล้วว่าลมและฝนไม่ได้เป็นเพียงปัจจัยเดียวในการแพร่กระจายของโรคในพืชผล" Boreyko กล่าว ขั้นตอนต่อไปของการทดลองต่อเนื่องสำหรับ Boreyko และทีมของเขาคือการดูว่าลมสามารถพัดพาละอองสปอร์ไปได้ไกลแค่ไหน การใช้กระดาษที่ไวต่อน้ำกระจายออกไปในระยะต่างๆ จากใบข้าวสาลี ทีมงานจะใช้พัดลมเพื่อจำลองลมและรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับการกระจายตัวของละอองและสปอร์