گیاهان چگونه آماده تحمل سرما شده‌اند؟
پژوهشگران موفق به کشف شواهدی شده‌اند که نشان از نحوه تحمل سرما در گیاهان می‌دهند؛ اینکه گیاهان چگونه برای مقابله با چنین عاملی آبدیده شده‌اند؟
عکس از Ginny Pitchford / Corbis
این محققین طی تحقیقی که گزارش آن در شماره ۲۲ دسامبر نشریه علمی Nature انتشار یافته، دست به بازسازی شجره فرگشتی بالغ بر ۳۲هزار گونه گیاه گل‌دار زده‌اند – که بزرگترین شجره فرگشتی زمان‌مند بازسازی‌شده تا به امروز است. سپس با تلفیق این شجره با داده‌های به‌دست‌آمده از میزان تحمل سرما، و همچنین سطح استقامت برگ‌ها و ساقه در هزاران گونه تحت بررسی، موفق به شبیه‌سازی نحوه سازگاری این گیاهان با سرما در اثنای پراکندگی‌شان به گرداگرد زمین شده‌اند. نتایج حاکی از این بود که بسیاری از گیاهان، خاصیت سرماستیزی‌شان – نظیر خواب زمستانی – را مدت‌ها پیش‌تر از مواجهه با سرما به دست آورده بوده‌اند.
شواهد فسیلی و همچنین شبیه‌سازی‌های اخیر صورت‌پذیرفته از اوضاع کهن اقلیم زمین حکایت از این دارند که گیاهان گل‌دار اولیه، در اکوسیستم‌های گرم و حاره‌ای می‌زیسته‌اند. این گیاهان، رفته‌رفته با پراکندگی‌شان به عرض‌ها و ارتفاعات بالاتر، تحولاتی را متحمل شدند که زمینه‌ساز رویارویی‌شان با محیط سرد میزبان بود.
به‌گفته جرمی بیولیو از مؤسسه ملی تلفیق ریاضیات و زیست‌شناسی وابسته به دانشگاه تنسی ایالات متحده، شواهد فسیلی و همچنین شبیه‌سازی‌های اخیر صورت‌پذیرفته از اوضاع کهن اقلیم زمین حکایت از این دارند که گیاهان گل‌دار اولیه، در اکوسیستم‌های گرم و حاره‌ای می‌زیسته‌اند. این گیاهان، رفته‌رفته با پراکندگی‌شان به عرض‌ها و ارتفاعات بالاتر، تحولاتی را متحمل شدند که زمینه‌ساز رویارویی‌شان با محیط سرد میزبان بود. گیاهانی که امروزه در عرصه‌های توندرا پراکنده‌اند– از قبیل گل پنج‌انگشت قطبی و سفرس سه‌دندانه – هم‌اکنون قادر به تحمل دماهایی تا ۱۵- درجه سلسیوس هم هستند.
اغلب گیاهان، برخلاف حیوانات، امکان جابجایی و فرار از سرما، یا تولید گرما را ندارند. البته مشکل اصلی هم نه به سرما، بلکه به یخبندان برمی‌گردد؛ چراکه مثلاً تشکیل و ذوب یخ‌ها باعث ایجاد حباب‌هایی از هوا در سیستم آبرسانی درون گیاه، و لذا انسداد آن می‌شود. به‌گفته آمی زان، از زیست‌شناسان دانشگاه جورج واشنگتن، و نیز از نویسندگان گزارش این تحقیق، “حباب‌های هوایی که در حبه‌های یخی گیر افتاده را تصور کنید. اگر همچنان‌که یخ آب می‌شود، تعداد کافی از این حباب‌ها به هم بپیوندند، قادرند جریان آب از ریشه به برگ‌ها را سد کنند و گیاه را بخشکانند”.
پژوهشگران اما موفق به شناسایی سه ویژگی شده‌اند که به گیاهان اجازه می‌دهد این مشکلات را خودشان حل کنند. برخی گیاهان، مثل درختان گردو و بلوط، اصلاً قبل از اینکه سرما سربرسد، برگ‌هایشان را می‌تکانند و لذا عملاً جریان آب از ریشه به برگ‌ها را قطع کرده، و تازه بعد از ایجاد بستر مناسب و بازگشت هوای مساعد، اقدام به برگ‌سازی می‌کنند. برخی دیگر، تا پای ساقه خشک می‌شوند و بعداً از روی ریشه جوانه می‌زنند، و یا باز از دانه سربرمی‌زنند.
در گام بعدی، این پژوهشگران بنا دارند از این شجره فرگشتی به‌منظور درک نحوه تحول گیاهان در جهت مقابله با سایر تنگناهای محیطی نظیر خشکسالی و گرما هم استفاده کنند.
پژوهشگران برای گردآوری داده به‌منظور بررسی پیشینه فرگشتی این ویژگی‌ها، صدها ساعت را صرف حلاجی و تلفیق چندین پایگاه داده کردند – که هرکدام‌شان مشتمل بر ده‌ها هزار گونه می‌شد – (البته با همکاری مرکز ملی تلفیق فرگشتی در کارولینای شمالی، و همچنین دانشگاه مکوایر استرالیا). سپس با تلفیق همین داده‌ها با شجره فرگشتی گیاهان گل‌دار، متوجه شدند که بسیاری از گیاهان، حتی قبل از مواجهه با شرایط سرد، آماده تحمل چنین شرایطی شده بودند.
مثلاً گیاهانی که در طول زمستان تا پای ساقه خشکیده‌اند، این قابلیت‌شان را مدت‌ها قبل از تجربه یخبندان به دست آورده بوده‌اند. به همین منوال، گونه‌های مجهز به آوندهای باریک هم این سامانه ظریف آبرسانی را پیش از رویارویی‌شان با آب و هوای سرد استحصال کرده‌اند. زان در این‌باره می‌گوید: “این بدین‌معناست که انگیزه محیطی دیگری – که احتمالاً همان خشکسالی بوده – باعث شده تا این گیاهان به این شکل متحول شوند و خب [این شیوه‌ها] برای تحمل شرایط یخبندان هم جواب داده”. به‌گفته بیولیو، تنها استثنا، گیاهانی بودند که فصل‌به‌فصل برگ‌هایشان را می‌تکاندند و دوباره می‌رویاندند – چراکه چنین قابلیتی را بعد از مواجهات ابتدایی‌شان با شرایط یخبندان به دست آورده‌اند.
در گام بعدی، این پژوهشگران بنا دارند از این شجره فرگشتی به‌منظور درک نحوه تحول گیاهان در جهت مقابله با سایر تنگناهای محیطی نظیر خشکسالی و گرما هم استفاده کنند.
منبع: Science Daily
