آیا تا به حال به این فکر کرده اید که چگونه گیاهان می دانند که نور از کجا می آید، حتی اگر چشم یا اندامی برای دیدن ندارند؟
تیمی از محققان به سرپرستی کریستین فانکهاوزر، استاد مرکز ژنومیک یکپارچه در دانشگاه لوزان، اخیراً دریافته اند که چگونه گیاهان به محض شروع رشد، خورشید را می بینند و دنبال می کنند!
در این مطالعه که در Science منتشر شد، محققان از Arabidopsis thaliana، گیاهی که معمولا در تحقیقات ژنتیکی استفاده می‌شود، استفاده کردند تا روش جدیدی را کشف کنند که گیاهان نور را حس می‌کنند و ساقه اصلی خود را خم می‌کنند تا بهترین نور خورشید را برای تولید انرژی دریافت کنند.
فانکهاوزر می گوید: همه چیز از زمانی شروع شد که ما یک گیاه جهش یافته با ساقه ای شفاف و شگفت آور را مشاهده کردیم. گیاه جهش یافته یک نسخه “کور” از Arabidopsis thaliana بود که با استفاده از یک ماده شیمیایی (اتیل متان سولفونات) ایجاد شد که باعث ایجاد جهش در DNA دانه ها می شود. حتی با یک منبع نور، این گیاهان به جای خم شدن به سمت نور مستقیم رشد کردند.
فانکهاوزر توضیح داد: «ما دریافتیم که ظاهر شیری ساقه‌های گیاه جوان به دلیل هوا در کانال‌های بین سلول‌ها است. این کانال ها شبکه ای را در داخل ساقه های گیاه ایجاد می کنند.
استفاده از انکسار نوری
مارتینا لگریس، یکی از همکاران فوق دکتری در گروه فانکهاوزر و یکی از نویسندگان این مطالعه، توضیح داد که این کانال های پر از هوا به ساقه کمک می کنند تا یک گرادیان نوری ایجاد کند که گیاه بتواند آن را “بخواند“.
این تیم کشف کردند که این اتفاق به دلیل پدیده ای به نام انکسار رخ می دهد. نور با سرعت های متفاوتی در هوا و آب حرکت می کند و هنگامی که بین این مواد مختلف حرکت می کند، جهت خود را تغییر می دهد. در داخل ساقه، نور به دلیل مرز بین هوا در کانال ها و آب در سلول ها شکسته می شود.
لگریس توضیح داد که این همان پدیده ای است که وقتی نور خورشید از قطرات آب در هوا عبور می کند رنگین کمان ایجاد می کند. گیاهان از انکسار داخلی بین هوا و آب برای تشخیص نور و کشف اینکه از کجا می آید استفاده می کنند.
آزمایش‌های ژنتیکی نشان داد که گیاهان کور دارای جهش‌هایی ژنتیکی به نام ABCG5 هستند که حاوی دستورالعمل‌هایی برای ساخت پمپ هوایی است که هوا را از کانال‌ها خارج می‌کند. فانکهاوزر می‌گوید: «اکنون باید بفهمیم پروتئین کدگذاری شده توسط ژن ABCG5 چگونه کار می‌کند و سایر ژن‌های مورد نیاز برای تشکیل این کانال‌های جالب را شناسایی کنیم.
حتی با وجود اینکه این مطالعه بر روی Arabidopsis متمرکز بود، محققان نشان دادند که گیاهان دیگری مانند Brassica (یکی از خویشاوندان نزدیک کلزا) نیز برای قرار دادن برگ‌های خود برای جذب نور بهینه، به کانال‌های هوا تکیه می‌کنند، فرآیندی به نام phototropism. فانکهاوزر می گوید: «ما معتقدیم که این کانال ها برای فتوتروپیسم در بسیاری از گونه های گیاهی ضروری هستند.
او افزود: “تشخیص جهت نور در ساقه‌های جنینی گیاهان به این کانال‌های هوا متکی است، که جالب است زیرا با مکانیسم‌های تشخیص نور شناخته شده در موجودات دیگر مانند حیوانات یا باکتری‌ها متفاوت است. دیدن این که طبیعت انواع مختلفی را ایجاد کرده است، شگفت‌انگیز است. راه هایی برای رفع نیاز حیاتی برای بسیاری از ارگانیسم ها: توانایی درک جهت نور.”
تامین اکسیژن گیاه در صورت نیاز
این کانال‌های هوای بین سلولی نه تنها در ساقه‌های اصلی، بلکه در سایر اندام‌های گیاهی مانند برگ‌ها، ساقه‌ها و ریشه‌ها وجود دارند و عملکرد آنها فراتر از گرفتن نور است.
فانکهاوزر گفت: «برخی از گونه‌های گیاهی در مناطق سیل‌زده دارای بافت‌های تخصصی (با کانال‌های هوا) هستند که در آن هوای بیشتری بین سلول‌ها وجود دارد».
ریشه گیاهان عمدتاً از هوا اکسیژن دریافت می کنند نه آب. فانکهاوزر گفت: در طول سیل، زمانی که خاک اشباع شده و تنفس را سخت می کند، “کانال های هوای بین سلولی برای اطمینان از دسترسی کافی به اکسیژن بسیار مهم هستند.”
مطالعه چگونگی شکل گیری این کانال های هوا می تواند به دانشمندان کمک کند تا درک کنند که چگونه محصولات رشد می کنند و با تغییرات محیطی سازگار می شوند. فانکهاوزر می گوید: «مشخص کردن پروتئین گم شده در جهش یافته کور ( پمپ هوا ) می تواند نقطه شروعی برای رسیدگی به این موضوع باشد.
او در پایان گفت: “ما در حال بررسی یک سوال بیولوژیکی جذاب هستیم که ممکن است کاربردهای عملی داشته باشد، اگرچه استفاده از آن در کشاورزی هنوز بعید است.”
منابع
