گیاهان از بقایای پوسیده هم‌نوعانشان فاصله می‌گیرند؛ کشف رفتاری تازه در ریشه‌ها
زومیت: دانشمندان کشف کرده اند که ریشه های گیاهان می توانند بقایای پوسیده گیاهان دیگر را تشخیص دهند و مسیر رشد آنها را تغییر دهند تا از آنها جلوگیری شود.
در نگاه اول، گیاهان موجوداتی کاملاً بی حرکت به نظر می رسند. آنها نمی توانند مانند حیوانات راه بروند، فرار کنند یا از خطر فرار کنند. با این حال، گیاهان به روش خود حرکت می کنند. ریشه و ساقه آنها در پاسخ به نور، آب، جاذبه زمین و حتی مقدار نمک موجود در خاک جهت رشد خود را تغییر می دهند. این رفتارها که در زیست شناسی «تروپیسم» یا گیاه گرایی نامیده می شود، به گیاهان کمک می کند تا در محیط زیست زنده بمانند.
اکنون دانشمندان نوع جدیدی از رفتار را شناسایی کرده اند: ریشه های گیاهان می توانند بقایای پوسیده گیاهان دیگر را تشخیص دهند و از آنها دور شوند.
داستان از یک اتفاق کاملا غیرمنتظره شروع شد. به گزارش ساینتیفیک امریکن، یوژو ژانگ، زیست شناس دانشگاه کشاورزی و جنگلداری شمال غربی چین، در آزمایشگاهی در اتریش در حال بررسی واکنش ریشه گیاهان به نیروی جاذبه بود که یکی از ظروف آزمایشگاهی وی به میکروب های موجود در هوا آلوده شد.
ژانگ قصد داشت ظرف آلوده را دور بیندازد، اما قبل از انجام این کار متوجه چیز عجیبی شد. تقریباً تمام ریشه های ظرف در جهتی دور از ناحیه پوسیده خم شده بودند. بعید به نظر می رسید که چنین واکنش هماهنگی کاملا تصادفی باشد. ژانگ می‌گوید این موضوع باعث شد که او به این فکر کند که آیا با نوع ناشناخته‌ای از رفتار گیاهی مواجه شده است. او و همکارانش تصمیم گرفتند مشاهدات تصادفی خود را در شرایط کنترل شده آزمایش کنند.
برای بررسی این رفتار که ساپروتروپیسم نامیده می شود، محققان از Arabidopsis thaliana (Arabidopsis thaliana) استفاده کردند که به دلیل رشد سریع و ویژگی های ژنتیکی شناخته شده در تحقیقات بیولوژیکی بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. آنها تعدادی گیاه را در ظروفی پرورش دادند که حاوی قطعاتی از قطعات سیب گندیده بود. گروه دیگری از گیاهان نیز در محیطی بدون مواد پوسیده رشد کردند.
بخش جالب‌تر این آزمایش زمانی آشکار شد که دانشمندان به جای بقایای گیاهان از بافت‌های حیوانی در حال پوسیدگی استفاده کردند. این بار ریشه ها واکنش مشابهی نشان ندادند. به نظر می رسد که ریشه ها به تغییرات شیمیایی خاصی که در محیط با تجزیه مواد گیاهی رخ می دهد واکنش نشان می دهند.
ژانگ و همکارانش فرض می‌کنند که این رفتار یک مکانیسم دفاعی است که به گیاهان کمک می‌کند از عوامل بیماری‌زای احتمالی در بقایای پوسیده فاصله بگیرند.
این رفتار تا حدودی شبیه واکنش حیوانات به بوی غذای فاسد است. همانطور که بوی نامطبوع می تواند حیوانات را از خوردن غذای آلوده منصرف کند، تغییرات شیمیایی ناشی از پوسیدگی گیاهان نیز ممکن است باعث رشد ریشه ها در جهت متفاوت شود.
تحقیقات جدید نشان می دهد که مکانیسم دور شدن از بقایای پوسیده با برخی از شناخته شده ترین حرکات گیاهی متفاوت است. به عنوان مثال، زمانی که ساقه گیاه به سمت نور خم می شود یا ریشه ای در جهت گرانش رشد می کند، هورمونی به نام اکسین به طور نامتقارن در قسمت های مختلف گیاه پخش می شود. این تغییر در توزیع هورمون ها بر رشد سلول ها تأثیر می گذارد و در نتیجه جهت رشد گیاه تغییر می کند. اما در ساپروتروپیسم هورمون دیگری دخیل است: آبسیزیک اسید که به اختصار ABA نامیده می شود.
با شروع تجزیه مواد گیاهی، محیط اطراف آن اسیدی تر می شود. ریشه گیاه به این تغییرات شیمیایی واکنش نشان می دهد و اسید آبسیزیک در سمت ریشه که به مواد پوسیده نزدیکتر است تجمع می یابد. این تجمع نامتقارن هورمون ها رشد ریشه را در جهت مخالف هدایت می کند و باعث دور شدن ریشه از ناحیه در حال پوسیدگی می شود.
نکته مهم این است که تجزیه بقایای گیاهی و جانوری تغییرات شیمیایی یکسانی را در محیط ایجاد نمی کند. این تفاوت می تواند توضیح دهد که چرا ریشه ها به سیب پوسیده واکنش نشان می دهند، اما به بافت های حیوانی در حال تجزیه واکنش نشان نمی دهند.
دانشمندان فرض می کنند که دور شدن از زباله های در حال پوسیدگی به گیاهان کمک می کند تا از عوامل بیماری زا دوری کنند، اما مکانیسم دقیق و مزایای این رفتار نیازمند بررسی بیشتر است.
با وجود یافته های جدید، سوالات مهم هنوز بی پاسخ مانده است. کریس وولورتون، زیست‌شناس گیاهی در دانشگاه اوهایو وسلیان که در این تحقیق شرکت نداشت، می‌گوید گستردگی این آزمایش‌ها چشمگیر است، اما معتقد است که دانشمندان هنوز باید جزئیات بیشتری از مکانیسم سیگنال دهی پشت این رفتار را شناسایی کنند.
یکی از سوالات مهم مربوط به سرنوشت بقایای گیاهی است. پوسیدگی مواد گیاهی همیشه برای گیاهان مضر نیست. پس از تجزیه کافی، همین مواد می توانند به کمپوست مغذی تبدیل شوند و به رشد گیاهان کمک کنند. بنابراین، ریشه ها تا چه مرحله ای از پوسیدگی از بقایای گیاهی اجتناب می کنند و چه زمانی این مواد به منبع مفیدی برای رشد تبدیل می شوند؟
تحقیقات جدید هنوز پاسخ قطعی برای این سوال ندارند. همچنین مشخص نیست که در چه شرایطی این رفتار بیشتر برای گیاهان مفید است و دقیقاً تا چه اندازه از آنها در برابر عوامل بیماری زا محافظت می کند. ژانگ و همکارانش قصد دارند این عدم قطعیت ها را در تحقیقات آینده بررسی کنند.
