آیا قطرههای شبنم میتوانند علت شکوفهدادن زود هنگام گیاهان را توضیح دهند؟
زومیت: یک مطالعه جدید نشان می دهد که قطرات آب با ایجاد واکنش های شیمیایی خاص به گیاه می گویند که زمان شکوفه دادن است.
در سال های اخیر، دانشمندان در سراسر جهان با پدیده ای مواجه شده اند که در نگاه اول ساده به نظر می رسد، اما پیامدهای عمیقی برای اکوسیستم و کشاورزی دارد: بسیاری از گیاهان زودتر از گذشته گل می دهند. گرم شدن کره زمین مقصر اصلی این تغییر است، اما مطالعات نشان می دهد که افزایش دما به تنهایی نمی تواند همه چیز را توضیح دهد.
آزمایشات نشان داده است که اگر گیاهان را در گلخانه پرورش دهیم و فقط دما را به اندازه گرم شدن کره زمین افزایش دهیم، لزوماً زودتر گل نمی دهند، بنابراین عامل دیگری در کار است. اکنون، نتایج یک مطالعه جدید میگوید که پاسخ این معما ممکن است نه در گرما، بلکه در قطرات شبنم کوچکی باشد که در هوای مرطوبتر بهاری زودتر روی برگها مینشیند و باعث واکنشهای شیمیایی میشود که به گیاه نشان میدهد که زمان شکوفهدهی فرا رسیده است.
ریچارد زارع، شیمیدان دانشگاه استنفورد در ایالات متحده که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، می گوید: «گرمایش زمین هنوز درگیر است، اما نه مستقیم و آشکار. وقتی هوا گرم تر می شود، رطوبت جو افزایش می یابد و این بدان معناست که شبنم زودتر در سال تشکیل می شود.
شبنم زمانی ایجاد می شود که دمای سطح برگ ها در طول شب کاهش یابد و بخار آب موجود در هوا به صورت قطرات بسیار کوچک روی آنها بنشیند. نکته مهم در اینجا این است که این قطرات ریز رفتار شیمیایی متفاوتی با حجم زیاد آب دارند.
اما داستان کشف جدید از جای دیگری آغاز شد. به گزارش ساینس، چند سال پیش، زارع و همکارش Bolei Chen، شیمیدان محیط زیست از آکادمی علوم چین، متوجه شدند که قطرات ریز آب وقتی روی سطح جامدات معدنی مانند دانه های خاک تشکیل می شوند، می توانند واکنش های شیمیایی غیرمنتظره ای ایجاد کنند. در سطح این قطرات، مولکول های بسیار واکنش پذیری به نام «رادیکال» تشکیل می شود. رادیکال ها مولکول هایی هستند که دارای یک الکترون جفت نشده هستند و بنابراین تمایل زیادی به واکنش با مواد دیگر دارند.
با گرمتر شدن هوا در نتیجه تغییرات آب و هوایی، رطوبت اتمسفر افزایش می یابد و شبنم زودتر در بهار تشکیل می شود.
در سال ۲۰۲۳، دو محقق در شانگهای در حال بحث در مورد یافته های قبلی خود در شام بودند. سپس این سوال مطرح شد: اگر چنین قطرات واکنشی روی یک سطح زنده مانند برگ گیاه تشکیل شود چه اتفاقی میافتد؟
برای یافتن پاسخ، آنها به یکی از مهمترین گیاهان مدل آزمایشگاهی روی آوردند: Arabidopsis thaliana. این گیاه گلدار کوچک از خانواده گل مغربی است. یعنی همان خانواده ای که کلم و کلم بروکلی و تربچه نیز به آن تعلق دارند. دلیل افق میهن این گیاه این است که ساختار ژنتیکی و مسیرهای مولکولی آن به خوبی شناخته شده است و سالهاست که در تحقیقات زیست شناسی گیاهی مورد استفاده قرار می گیرد.
آزمایشهای مولکولی دقیق نشان داد که وقتی قطرات شبنم روی برگهای Arabidopsis thaliana تشکیل میشود، واکنشهایی در سطح آنها رخ میدهد که منجر به تولید اتمهای هیدروژن و رادیکالهای هیدروکسیل میشود. برخی از این مواد ترکیب می شوند تا پراکسید هیدروژن را تشکیل دهند. همان ماده ای که در غلظت های بالا اما به مقدار کم به عنوان ضدعفونی کننده شناخته می شود، نقش پیام رسان را در سلول های زنده ایفا می کند.
پراکسید هیدروژن سپس با برخی از اسیدهای آمینه موجود در برگ واکنش داده و گازی به نام اکسید نیتریک (NO) تولید می کند. اکسید نیتریک یک “مولکول پیام رسان” مهم در زیست شناسی مولکولی است. به معنای ماده ای است که سلول ها برای انتقال پیام استفاده می کنند. در بدن انسان، اکسید نیتریک نیز در تنظیم فشار خون و ارتباط بین سلول های عصبی نقش دارد.
در یک مطالعه اخیر مشخص شد که اکسید نیتریک تولید شده در سطح قطرات شبنم وارد سلول های گیاهی شده و یک سری واکنش های آنزیمی را فعال می کند. این آبشار از واکنشها در نهایت منجر به فعال شدن ژنهایی میشود که فرآیند گلدهی را آغاز میکنند. به زبان ساده، شبنم به طور غیرمستقیم به گیاه «پیغام» می دهد که زمان شکوفه دادن فرا رسیده است.
ریچارد پریماک، زیست شناس دانشگاه بوستون، که در این تحقیق شرکت نداشت، نتایج را جذاب اما محتاطانه می داند. وی خاطرنشان می کند که در سال ۲۰۱۴ مقاله ای منتشر شد که نقش رطوبت هوای بهار را در تحریک رشد جوانه های گل پیشنهاد می کرد. اما نتایج آن تحقیق بعداً تکرار نشد. به گفته وی، بررسی فرضیه های جدید هیجان انگیز است، اما باید مطمئن شد که عوامل دیگر در نتایج تداخلی نداشته باشند.
زارع گفت که آشنایی وی با ادبیات علمی فنولوژی، شاخه ای از علم که زمان رویدادهای بیولوژیکی فصلی را مطالعه می کند، محدود است و اگر از آن اطلاع داشت، به مقاله ۲۰۱۴ مراجعه می کرد. با این حال، او تأکید میکند که یافتههای جدید مستقیماً نشان میدهد که شبنم خود آغازگر واکنشهای بیوشیمیایی خاص در گیاه است و نه صرفاً افزایش رطوبت هوا.
اگر نتایج در تحقیقات آینده تأیید شود، احتمالاً برای بسیاری از گیاهان، به ویژه گیاهانی که ابتدا برگ و سپس گل تولید می کنند، صادق است. چنین کشفی می تواند کاربردهای عملی نیز داشته باشد. به عنوان مثال، کشاورزان یا تولیدکنندگان گلخانه ممکن است بتوانند گلدهی را به تأخیر بیندازند یا عملکرد محصول را با مه پاش کنترل شده افزایش دهند.
به گفته زارع، این تحقیق فقط یک کنجکاوی علمی نیست، بلکه می تواند پیامدهای واقعی برای نحوه رشد گیاهان داشته باشد.
