استعمرت النباتات الغالبية العظمى من سطح الأرض. إذن ما هو مفتاح نجاحهم؟
غالبًا ما يفكر الناس في النباتات على أنها أشكال حياة بسيطة لا معنى لها، قد تعيش جذورها في مكان واحد، ولكن كلما تعلم العلماء أكثر عن النباتات، كلما أدركنا أنها أكثر تعقيدًا واستجابة. إنها ممتازة في التكيف مع الظروف المحلية، النباتات متخصصة في تحقيق أقصى استفادة مما هو قريب من حيث تنبت.
إن التعرف على تعقيدات الحياة النباتية هو أكثر من مجرد إلهام العجائب لدى الناس. تتعلق دراسة النباتات أيضًا بالتأكد من أنه لا يزال بإمكاننا زراعة المحاصيل في المستقبل لأن تغير المناخ يجعل طقسنا أكثر تطرفًا.
تشكل الإشارات البيئية نمو النباتات وتطورها، على سبيل المثال، تستخدم العديد من النباتات طول النهار كإشارة لتحفيز الإزهار، يستخدم النصف المخفي للنباتات، الجذور، أيضًا علامات من محيطها لضمان تحسين شكلها لتغذية المياه والمغذيات.
تحمي الجذور نباتاتها من الضغوط مثل الجفاف عن طريق تكييف شكلها (المتفرعة لزيادة مساحة سطحها ، على سبيل المثال) للعثور على المزيد من الماء، لكن حتى وقت قريب ، لم يفهم العلماء كيف تشعر الجذور بوجود الماء في التربة المحيطة.
الماء هو أهم جزيء على وجه الأرض، الكثير أو القليل جدًا يمكن أن يدمر النظام البيئي. إن التأثير المدمر لتغير المناخ (كما شوهد مؤخرًا في أوروبا وشرق إفريقيا) يجعل الفيضانات والجفاف أكثر شيوعًا ، نظرًا لأن تغير المناخ يجعل أنماط هطول الأمطار غير منتظمة بشكل متزايد ، فإن تعلم كيفية استجابة النباتات لنقص المياه أمر حيوي لجعل المحاصيل أكثر مرونة.
أخذ الجذور
اكتشف فريق من علماء النبات والتربة وعلماء الرياضيات مؤخرًا كيف تكيف جذور النباتات شكلها لتعظيم امتصاص الماء، تتفرع الجذور عادة أفقيا، لكنها تتوقف مؤقتًا عن التفرع عندما تفقد الاتصال بالماء (مثل النمو من خلال فجوة مملوءة بالهواء في التربة) وتستأنف الجذور التفرع فقط بمجرد إعادة الاتصال بالتربة الرطبة.
وجد الفريق البحثي أن النباتات تستخدم نظامًا يسمى الإشارة المائية لإدارة مكان تفرع الجذور استجابة لتوافر المياه في التربة.
الإشارة المائية هي الطريقة التي تستشعر بها النباتات مكان وجود الماء، ليس عن طريق قياس مستويات الرطوبة بشكل مباشر، ولكن عن طريق استشعار الجزيئات القابلة للذوبان الأخرى التي تتحرك مع الماء داخل النباتات، هذا ممكن فقط لأن الخلايا النباتية (على عكس الخلايا الحيوانية ) مرتبطة ببعضها البعض بواسطة مسام صغيرة .
تمكّن هذه المسام الماء والجزيئات الصغيرة القابلة للذوبان (بما في ذلك الهرمونات) من التحرك معًا بين الخلايا الجذرية والأنسجة، عندما يمتص جذر النبات الماء، فإنه ينتقل عبر خلايا البشرة الخارجية.
تحتوي خلايا الجذر الخارجية أيضًا على هرمون يعزز التفرع يسمى أوكسين، يؤدي امتصاص الماء إلى التفرع عن طريق تحريك الأكسين إلى الداخل إلى أنسجة الجذر الداخلية، عندما لا يكون الماء متاحًا خارجيًا، على سبيل المثال عندما ينمو الجذر من خلال فجوة مملوءة بالهواء، فإن طرف الجذر لا يزال بحاجة إلى الماء لينمو.
لذلك عندما لا تستطيع الجذور امتصاص الماء من التربة، يتعين عليها الاعتماد على الماء من عروقها في أعماق الجذور، يغير هذا اتجاه حركة الماء، مما يجعله يتحرك الآن للخارج، مما يعطل تدفق هرمون الأوكسين المتفرع.
يصنع النبات أيضًا هرمونًا مضادًا للتفرع يسمى ABA في عروقه الجذرية، يتحرك ABA مع تدفق الماء أيضًا، في الاتجاه المعاكس لـ auxin. لذلك عندما تتساقط الجذور على الماء من عروق النباتات، تقوم الجذور أيضًا بجذب الهرمون المضاد للتفرع تجاه نفسها.
وقف ABA تفرع الجذر عن طريق إغلاق جميع المسام الصغيرة التي تربط الخلايا الجذرية – تشبه إلى حد ما أبواب الانفجار على متن السفينة. هذا يغلق الخلايا الجذرية من بعضها البعض ويوقف حركة الأكسين بحرية مع الماء، مما يمنع تفرع الجذر. يسمح هذا النظام البسيط لجذور النباتات بضبط شكلها وفقًا لظروف المياه المحلية، يطلق عليه xerobranching (وضوحا zerobranching).
تاثير الزهور
وجدت الدراسة أيضًا أن جذور النبات تستخدم نظامًا مشابهًا لتقليل فقد الماء مثل براعمها، توقف الأوراق فقدان الماء أثناء ظروف الجفاف عن طريق إغلاق المسام الدقيقة التي تسمى الثغور على أسطحها، يتم أيضًا تشغيل إغلاق الثغور بواسطة هرمون ABA، وبالمثل، في الجذور، يقلل ABA من فقد الماء عن طريق إغلاق المسام النانوية المسماة plasmodesmata التي تربط كل خلية جذر معًا.
تستجيب جذور الطماطم والرشاد والذرة والقمح والشعير للرطوبة بهذه الطريقة ، على الرغم من التطور في مختلف أنواع التربة والمناخات. على سبيل المثال ، نشأت الطماطم في صحراء أمريكا الجنوبية، بينما يأتي حب الرشاد من المناطق المعتدلة في آسيا الوسطى.
يشير هذا إلى أن xerobranching هي سمة شائعة في النباتات المزهرة ، والتي يزيد عمرها عن 200 مليون سنة من النباتات غير المزهرة مثل السراخس.
لا تستجيب جذور السرخس ، وهي أحد أنواع النباتات البرية التي نشأت مبكرًا ، للماء بهذه الطريقة. جذورهم تنمو بشكل موحد. يشير هذا إلى أن الأنواع المزهرة أفضل في التكيف مع الإجهاد المائي من النباتات البرية السابقة مثل السرخس.
يمكن للنباتات المزهرة أن تستعمر مجموعة واسعة من النظم البيئية والبيئات أكثر من الأنواع غير المزهرة، نظرًا للتغيرات السريعة في أنماط هطول الأمطار في جميع أنحاء العالم ، أصبحت قدرة النباتات على الإحساس والتكيف مع مجموعة واسعة من ظروف رطوبة التربة أكثر أهمية الآن من أي وقت مضى.
