کشف نحوه ریشه دواندن درختان در پی آب - وبلاگ چراغ روشن

به گزارش وبلاگ چراغ روشن، سیگنال های محیطی، رشد و نمو گیاهان را شکل می دهند. به عنوان مثال، بسیاری از گیاهان از طول روز به عنوان نشانه برای آغاز گل دهی استفاده می نمایند. نیمه پنهان گیاهان، یعنی ریشه ها نیز از نشانه هایی از محیط اطراف خود استفاده می نمایند تا اطمینان حاصل نمایند که شکل آن ها برای جذب آب و مواد مغذی بهینه است.

توانایی گیاهان برای احساس اطراف و سازگاری با طیف وسیعی از شرایط رطوبتی خاک در حال حاضر بیش از هر زمان دیگری مهم است و دانشمندان اکنون چگونگی فرآیند ریشه دواندن درختان در پی آب را دریافته اند.

نقل از کانورسیشن، گیاهان اکثریت قریب به اتفاق سطح زمین را مستعمره نموده اند، اما رمز موفقیت آن ها چیست؟

مردم اغلب، گیاهان را اشکالی ساده و بی احساس و معنی در زندگی می دانند. آن ها ممکن است در یک مکان ریشه داشته و ثابت باشند، اما هر چه دانشمندان بیشتر در خصوص گیاهان مطالعه می نمایند، آن ها پیچیده تر می شوند. آن ها در انطباق با شرایط محلی عالی هستند و می توان گفت که گیاهان در این امر، متخصص هستند و از چیز های که در نزدیکی محل جوانه زنی آن ها است، نهایت استفاده را می برند.

با این حال، یادگیری در خصوص پیچیدگی های زندگی گیاهان چیزی بیش از الهام بخشیدن و شگفتی است. مطالعه گیاهان حصول اطمینان از اینکه هنوز هم می توانیم محصولات کشاورزی بهتری را در آینده پرورش دهیم، ممکن می نماید، به خصوص این که تغییرات اقلیمی، آب و هوای ما را دچار تغییر می نماید.

سیگنال های محیطی، رشد و نمو گیاهان را شکل می دهند. به عنوان مثال، بسیاری از گیاهان از طول روز به عنوان نشانه برای آغاز گل دهی استفاده می نمایند. نیمه پنهان گیاهان، یعنی ریشه ها نیز از نشانه هایی از محیط اطراف خود استفاده می نمایند تا اطمینان حاصل نمایند که شکل آن ها برای جذب آب و مواد مغذی بهینه است.

ریشه ها با تطبیق شکل خود، مثلاً برای افزایش سطح به منظور یافتن آب بیشتر، خود را از تنش هایی مانند خشکی محافظت می نمایند. اما تا همین اواخر ما نمی دانستیم که ریشه ها چگونه احساس می نمایند که آیا آب در خاک اطراف وجود دارد یا خیر که به طرف آن ریشه بدوانند.

آب مهم ترین مولکول روی زمین است. مقدار زیاد یا خیلی کم آن می تواند یک زیست بوم را از بین ببرد. تأثیر مخرب تغییرات آب و هوایی همانطور که اخیراً در اروپا و شرق آفریقا دیده شده است، سیل و خشکسالی را بیشتر می نماید. از آنجایی که تغییرات آب و هوایی الگو های بارندگی را به طور فزاینده ای نامنظم می نمایند، یادگیری نحوه واکنش گیاهان به کمبود آب برای انعطاف پذیری بیشتر محصولات، حیاتی است.

ریشه دواندن

مالکوم بنت استاد علوم گیاهی و پونام مهرا دانشجوی فوق دکترا در علوم زیستی از دانشگاه ناتینگهام به تازگی کشف نموده اند که ریشه های گیاهان چگونه شکل خود را برای به حداکثر رساندن جذب آب تطبیق می دهند.

ریشه ها معمولاً به صورت افقی منشعب می شوند، اما زمانی که تماس خود را با آب از دست می دهند (مانند رشد در یک شکاف پر از هوا در خاک) انشعاب آن ها متوقف می گردد و ریشه ها تنها پس از اتصال مجدد به خاک مرطوب، انشعاب خود را از سر می گیرند.

پژوهشگران می گویند، ما دریافتیم که گیاهان از سیستمی به نام هیدروسیگنالینگ (Hydrosignalling) برای مدیریت محل انشعاب ریشه ها در پاسخ به دسترسی به آب در خاک استفاده می نمایند.

هیدروسیگنالینگ روشی است که گیاهان با آن متوجه مکان حضور آب می شوند، نه با مقدار گیری سطوح رطوبت به طور مستقیم، بلکه با سنجش سایر مولکول های محلول که همراه با آب در گیاهان حرکت می نمایند.

این تنها به این علت امکان پذیر است که برخلاف سلول های حیوانی، سلول های گیاهی به وسیله منافذ کوچکی به یکدیگر متصل هستند. این منافذ آب و مولکول های کوچک محلول (از جمله هورمون ها) را قادر می سازد تا بین سلول های ریشه و بافت ها حرکت نمایند؛ بنابراین هنگامی که آب به وسیله ریشه گیاه جذب می گردد، از بیرونی ترین سلول های اپیدرمی عبور می نماید.

سلول های خارجی ریشه نیز حاوی هورمونی موسوم به اکسین (auxin) هستند که ریشه دوانی را تقویت می نماید. جذب آب با تحرک اکسین به سمت داخل به بافت های داخلی ریشه باعث انشعاب ریشه می گردد. هنگامی که آب دیگر در خارج در دسترس نیست، مثلاً وقتی ریشه در شکافی پر از هوا رشد می نماید، نوک ریشه هنوز برای رشد به آب احتیاج دارد؛ بنابراین وقتی گیاهان نمی توانند آب را از خاک جذب نمایند، باید به یافتن و جذب آب از رگه های عمیق ریشه خود تکیه نمایند. این امر جهت حرکت آب را تغییر می دهد و باعث می گردد که اکنون به سمت خارج حرکت کند که در نتیجه، جریان انشعاب هورمون اکسین را مختل می نماید.

گیاه بعلاوه در رگه های ریشه خود هورمونی ضد انشعاب به نام ABA می سازد. هورمون ABA با جریان آب در جهت مخالف اکسین حرکت می نماید؛ بنابراین وقتی رگه های ریشه از آب تهی می گردد، ریشه ها نیز هورمون ضد انشعاب را به سمت خود می کشند.

هورمون ABA با بستن تمام منافذ کوچکی که سلول های ریشه را به هم متصل می نمایند، انشعاب ریشه را متوقف می نماید. این کار، سلول های ریشه را از یکدیگر جدا می نماید و مانع از حرکت آزادانه اکسین با آب می گردد و انشعاب ریشه را مسدود می نماید. این سیستم ساده به ریشه های گیاه اجازه می دهد تا شکل خود را با شرایط آب محلی تنظیم کند که به آن زیروبرنچینگ (xerobranching) می گویند.

قدرت گل

پژوهشگران می گویند، مطالعه ما بعلاوه نشان داد که ریشه های یک گیاه از سیستم مشابهی برای کاهش اتلاف آب مانند شاخه های آن استفاده می نمایند. برگ ها با بستن منافذ ریز به نام روزنه هوایی (stomata) بر روی سطح خود، از کاهش آب در شرایط خشکسالی جلوگیری می نمایند. بسته شدن روزنه ها نیز به وسیله هورمون ABA تحریک می گردد. به طور مشابه، ABA در ریشه با بستن نانو منافذی به نام پلاسمودسم (plasmodesmata) که هر سلول ریشه را به هم متصل می نماید، از دست رفتن آب را کاهش می دهد.

پلاسمودسم ها کانال های میکروسکوپی هستند که در عرض دیواره سلولی سلول های گیاهی و بعضی جلبک ها قرار دارند و موجب برقراری ارتباط بین سلول ها می گردند.

ریشه های گوجه فرنگی، رشادی گوش موشی، ذرت، گندم و جو، به رغم تکامل در خاک ها و اقلیم های مختلف، به این طریق به رطوبت واکنش می دهند. به عنوان مثال، گوجه فرنگی از صحرا های آمریکای جنوبی منشاء می گیرد، در حالی که رشادی گوش موشی از منطقه ها معتدل آسیای مرکزی می آید. این نشان می دهد که زیروبرنچینگ یک ویژگی رایج در گیاهان گلدار است که بیش از 200 میلیون سال جوان تر از گیاهان غیرگل دار مانند سرخس هستند.

ریشه های سرخس که یک گونه گیاهی در حال تکامل اولیه است، به این شکل به آب واکنش نشان نمی دهد. ریشه های آن ها یکنواخت تر رشد می نماید. این نشان می دهد که گونه های گل دار نسبت به گیاهان قبلی مانند سرخس در سازگاری با تنش آبی بهتر عمل می نمایند.

گیاهان گل دار می توانند طیف وسیع تری از زیست بوم ها و محیط ها را نسبت به گونه های غیر گل دار تصاحب نمایند.

دانشمندان در خاتمه می گویند با توجه به تغییرات سریع الگو های بارندگی در سراسر دنیا، توانایی گیاهان برای احساس و انطباق با طیف وسیعی از شرایط رطوبت خاک در حال حاضر بیش از هر زمان دیگری مهم است.

منبع: ایسنا