تماشا کنید: دانشمندان از گفتگوی یک گیاه با همسایه‌اش فیلم‌برداری کردند

هرچند به چشم ما نمی‌آید، گیاهان در احاطه‌ی غبار ظریفی از ترکیبات معلق در هوا قرار دارند که از آن‌ها برای برقراری ارتباط و محافظت از خود استفاده می‌کنند. این ترکیب‌ها که به نوعی رایحه شباهت دارند، باعث دفع گیاه‌خوارهای گرسنه می‌شود و همچنین به گیاهان همسایه درباره‌ی مهاجمان هشدار می‌دهد.

دانشمندان از دهه‌ی ۱۹۸۰ از مکانیزم دفاعی گیاهان اطلاع دارند و آن‌ را در بیش از ۸۰ گونه‌ی گیاهی کشف کرده‌اند. به گزارش ساینس‌آلرت، حالا گروهی از پژوهشگرهای ژاپنی دست به توسعه‌ی تکنیک‌های تصویربرداری آنی زده‌اند تا به این صورت چگونگی دریافت و واکنش هشدارهای هوایی را آشکار کنند.

پژوهش جدید می‌تواند به درک ما از گفتگوی گیاهان کمک کند. در واقع قبلا درباره‌ی ارسال پیام توسط گیاهان می‌دانستیم، اما اطلاعاتی درباره‌ی دریافت داده‌ها نداشتیم. یوری آراتانی و تاکویا یوموروا، زیست‌شناس‌های مولکولی دانشگاه سایتامای ژاپن در این پژوهش از یک پمپ برای انتقال ترکیب‌های منتشرشده از گیاهان حشره‌خورده و آسیب‌دیده به همسایه‌های سالم استفاده کردند و با میکروسکوپ فلوئورسنس به مشاهده‌ی این فرآیند پرداختند.

کرم‌های برگ‌خوار (Spodoptera litura) به برگ‌های بریده‌شده از گیاه گوجه و رشادی گوش‌موشی (Arabidopsis thaliana) از خانواده‌ی درخت خردل حمله کردند و پژوهشگرها واکنش گیاه رشادی را به این نشانه‌های خطر ثبت کردند.

گیاهان یادشده، علف‌های معمولی نبودند. بلکه از نظر ژنتیکی به‌نحوی تغییر یافته بوند تا سلول‌هایشان دارای یک حسگر زیستی شود که در صورت آشکار شدن جریانی از یون‌های کلسیم به رنگ سبز درآید. سیگنال‌دهی کلسیمی همان روشی است که سلول‌های انسان نیز از آن برای برقراری ارتباط استفاده می‌کنند.

پژوهشگرها قبلا از همین روش برای اندازه‌گیری سیگنال‌های کلسیمی در گل فلوئورسنتی قهر و آشتی استفاده کرده بودند. این گیاه به لمس‌شدن به سرعت واکنش نشان می‌دهد و برای اجتناب از شکارچی‌ها برگ‌های خود را می‌بندد.

دانشمندان این بار نحوه‌ی واکنش گیاهان به ترکیب‌های فرار را که چند ثانیه پس از آزرده‌شدن منتشر می‌کنند، به تصویر کشیدند. این سناریو وضعیتی طبیعی نبود؛‌ بلکه ترکیب‌ها در یک بطری پلاستیکی انباشته و با سرعتی ثابت به گیاه گیرنده پمپ شدند. پژوهشگرها بدین روش توانستند نوع ترکیب‌های موجود در مخلوط تند را تجزیه‌وتحلیل کنند.

همان‌گونه که در ویدئوی بالا می‌بینید، گیاهان آسیب‌ندیده پیغام‌هایی واضح و رسا را از همسایگان آسیب‌دیده‌ی خود دریافت کردند که با سیگنال‌دهی انفجار کلسیمی در برگ‌ها نوسان می‌کردند. پژوهشگرها با تحلیل ترکیب‌های هوایی متوجه شدند دو ترکیب به نام‌های Z-3-HAL و E-2-HAL سیگنال‌های کلسیمی را به گیاه گوش موشی ارسال کردند.

آن‌ها همچنین با مهندسی گیاه گوش موشی با حسگرهای فلوئورسنتی در سلول‌های نگهبان، میان‌برگی و سلول‌های برون‌پوستی، اولین سلول‌هایی را که به سرنخ‌های خطر واکنش می‌دهند، شناسایی کردند.

سلول‌های نگهبان، سلول‌های لوبیایی شکل روی سطح گیاه هستند که روزنه‌های گیاه یا منافذی را تشکیل می‌دهند که به جذب کربن‌دی‌اکسید از جو کمک می‌کنند. سلول‌های مزوفیل هم بافت داخلی برگ‌ها و سلول‌های برون‌پوستی، خارجی‌ترین لایه‌ یا پوسته‌ی برگ گیاهان محسوب می‌شوند.

وقتی گیاهان گوش موشی در معرض Z-3-HAL قرار بگیرند، سلول‌های نگهبان پس از دریافت پیام از سوی سلول‌های مزوفیلی، تقریبا در یک دقیقه سیگنال‌های کلسیمی را تولید می‌کنند.

علاوه بر این، پیش درمان گیاهان با فیتوهورمون‌هایی که روزنه‌ها را می‌بندند، سیگنال‌دهی کلسیمی را به شکل قابل توجهی کاهش داد؛ اتفاقی که نشان می‌دهد روزنه‌ها مانند سوراخ‌های بینی گیاه عمل می‌کنند. ماساتسوگو تویوتا، زیست‌شناس مولکولی دانشگاه سایتاما در ژاپن و نویسنده‌ی اصلی مطالعه می‌گوید:

ما سرانجام از داستان پیچیده‌ی مربوط به زمان، مکان و نحوه‌ی واکنش گیاهان به پیغام‌های هشدار هوابرد از همسایگانشان پرده‌برداری کرده‌ایم. این شبکه‌ی ارتباطی فرازمینی که از دید ما پنهان است، نقشی محوری را در محافظت از گیاه‌های همسایه در برابر تهدیدهای قریب‌الوقوع ایفا می‌کند.

یافته‌های پژوهش در Nature Communications منتشر شده است.