علماء يصورون نباتًا “يتحدث” مع جاره، والفيديو لا يصدق
مصر:إيهاب محمد زايد
يستجيب نبات الخردل لإشارات الخطر المحمولة جواً والتي يطلقها نبات آخر. (أراتاني وآخرون، اتصالات الطبيعة، 2023) الصورة :نبات ذو أوراق مستديرة يتوهج باللون الأخضر مع سهم يشير إلى انفجار اللون.
النباتات غير محسوسة بالنسبة لنا، فهي محاطة بضباب خفيف من المركبات المحمولة جوا التي تستخدمها للتواصل وحماية نفسها. تشبه هذه المركبات الروائح نوعًا ما، فهي تطرد الحيوانات العاشبة الجائعة وتحذر النباتات المجاورة من المهاجمين القادمين.
لقد عرف العلماء عن هذه الدفاعات النباتية منذ الثمانينيات، واكتشفوها في أكثر من 80 نوعًا نباتيًا منذ ذلك الحين. وفي الآونة الأخيرة، قام فريق من الباحثين اليابانيين بنشر تقنيات التصوير في الوقت الحقيقي للكشف عن كيفية استقبال النباتات لهذه الإنذارات الجوية والاستجابة لها.
وكانت هذه فجوة كبيرة في فهمنا للثرثرة النباتية: فقد كنا نعرف كيف ترسل النباتات الرسائل، ولكن ليس كيف تستقبلها.
في الدراسة التي نُشرت العام الماضي، قام يوري أراتاني وتاكويا إيمورا، علماء الأحياء الجزيئية في جامعة سايتاما في اليابان، وزملاؤه بتجهيز مضخة لنقل المركبات المنبعثة من النباتات المصابة والمليئة بالحشرات إلى جيرانها غير المتضررة، ومجهر مضان لمراقبتها. ماذا حدث.
تم وضع اليرقات (Spodoptera litura) على أوراق مقطوعة من نباتات الطماطم وأرابيدوبسيس ثاليانا، وهي عشبة ضارة شائعة في عائلة الخردل، وقام الباحثون بتصوير استجابات نبات أرابيدوبسيس ثاني سليم وخالي من الحشرات لتلك الإشارات الخطرة.
لم تكن هذه النباتات عبارة عن حشائش عادية: لقد تم تعديلها وراثيًا بحيث تحتوي خلاياها على مستشعر حيوي يتألق باللون الأخضر عند اكتشاف تدفق أيونات الكالسيوم. إشارات الكالسيوم هي شيء تستخدمه الخلايا البشرية للتواصل أيضًا.
استخدم الفريق تقنية مماثلة لقياس إشارات الكالسيوم في دراسة أجريت العام الماضي على نباتات ميموزا بوديكا الفلورية، والتي تحرك أوراقها بسرعة استجابة للمس، لتجنب الحيوانات المفترسة.
هذه المرة، تصور الفريق كيفية استجابة النباتات للاستحمام في المركبات المتطايرة، والتي تطلقها النباتات في غضون ثوان من الإصابة.
وهناك رسم تخطيطي لأوراق النبات في زجاجة متصلة بمضخة مع تدفق الهواء فوق نبات ثانٍ في طبق بتري.
الإعداد التجريبي لتصور إشارات الكالسيوم في أوراق الأرابيدوبسيس. (أراتاني وآخرون. اتصالات الطبيعة، 2023)
لم يكن الإعداد الطبيعي. تم تركيز المركبات في زجاجة بلاستيكية وضخها على النبات المتلقي بمعدل ثابت، لكن هذا سمح للباحثين بتحليل المركبات الموجودة في المزيج اللاذع.
كما ترون في الفيديو أعلاه، تلقت النباتات السليمة رسائل جيرانها المصابين بصوت عالٍ وواضح، واستجابت بدفعات من إشارات الكالسيوم التي امتدت عبر أوراقها الممدودة.
وبتحليل المركبات المحمولة جوا، وجد الباحثون أن مركبين يسمى Z-3-HAL وE-2-HAL يحفزان إشارات الكالسيوم في الأرابيدوبسيس.
كما حددوا أيضًا الخلايا التي تستجيب أولاً لإشارات الخطر من خلال هندسة نباتات الأرابيدوبسيس باستخدام أجهزة استشعار الفلورسنت حصريًا في الخلايا الحارسة أو المتوسطة أو خلايا البشرة.
الخلايا الحارسة هي خلايا على شكل حبة الفول توجد على أسطح النباتات وتشكل الثغور، وهي مسام صغيرة تنفتح على الغلاف الجوي عندما تتنفس النباتات ثاني أكسيد الكربون. خلايا الميزوفيل هي النسيج الداخلي للأوراق، وخلايا البشرة هي الطبقة الخارجية أو الجلد لأوراق النبات.
عندما تم تعريض نباتات الأرابيدوبسيس لـ Z-3-HAL، قامت الخلايا الحارسة بتوليد إشارات الكالسيوم في غضون دقيقة أو نحو ذلك، وبعد ذلك التقطت خلايا الميزوفيل الرسالة.
علاوة على ذلك، فإن المعالجة المسبقة للنباتات باستخدام الهرمونات النباتية التي تغلق الثغور تقلل بشكل كبير من إشارات الكالسيوم، مما يشير إلى أن الثغور تعمل بمثابة “فتحات أنف” النبات.
“لقد كشفنا أخيرا عن القصة المعقدة حول متى وأين وكيف تستجيب النباتات لرسائل التحذير المحمولة جوا من جيرانها المهددين”، أوضح ماساتسوجو تويوتا، عالم الأحياء الجزيئية في جامعة سايتاما في اليابان وكبير مؤلفي الدراسة، عندما أوضح ماساتسوجو تويوتا، عالم الأحياء الجزيئية في جامعة سايتاما في اليابان وكبير مؤلفي الدراسة، عندما تم نشر الدراسة.
“تلعب شبكة الاتصالات الأثيرية هذه، المخفية عن أعيننا، دورًا محوريًا في حماية المحطات المجاورة من التهديدات الوشيكة في الوقت المناسب.”
وقد نشرت الدراسة في مجلة Nature Communications.
