دانشمندان "ماهیچه" پنهانی را کشف کردند که درختان از آنها برای صاف کردن خود استفاده می کنند

درختان توانایی قابل توجهی در احساس شکل خود و تنظیم رشد خود برای ایستادن دارند. زمانی تصور می شد که این آگاهی از وضعیت بدن که به حس عمقی معروف است فقط در حیوانات وجود دارد. با این حال، در سال 2012، محققانی که با INRAE ​​کار می کردند نشان دادند که گیاهان نیز این توانایی را دارند (Bastien R. et al., PNAS).

این حس درونی به گیاهان اجازه می دهد تا وضعیت خود را کنترل کنند و تنظیماتی را انجام دهند که به آنها کمک کند تا جایی که ممکن است مستقیم رشد کنند (مولیا و همکاران، علم). اگرچه دانشمندان ثابت کرده بودند که گیاهان می توانند شکل خود را تشخیص دهند، فرآیندهای بیولوژیکی مسئول تبدیل این اطلاعات به حرکت فیزیکی یک راز باقی ماند.

گیاهان از چندین نوع اطلاعات برای هدایت رشد خود استفاده می کنند. آنها به گرانش پاسخ می دهند، جهت نور خورشید را تشخیص می دهند و شکل و موقعیت ساقه های خود را زیر نظر دارند. برای درک اینکه چگونه این حس درونی به طور مستقل کار می کند، محققان باید سیگنال های جهتی ارائه شده توسط گرانش و نور را حذف کنند.

آنها یک سیستم آزمایشی غیرمعمول طراحی کردند که برای جداسازی حس عمقی طراحی شده بود. درختان جوان روی یک سکوی افقی قرار گرفتند که حول محور آن در داخل کره ای که از هر جهت به طور مساوی روشن می شد، می چرخید. سکوی چرخان مانع از دریافت سیگنال جهت ثابت از سوی گرانش درختان می‌شد، در حالی که نور اطراف نشانه‌هایی را در مورد مسیر رشد آنها حذف می‌کرد.

این ترتیب به محققان اجازه داد تا بررسی کنند که درختان چگونه به شکل خود واکنش نشان می‌دهند بدون اینکه به سیگنال‌های محیطی معمولی که بر رشد آنها تأثیر می‌گذارد تکیه کنند.

چوب ماهیچه مانند که به درختان کمک می کند تا خودشان را صاف کنند

آزمایش با درختان صنوبر جوان که به صورت افقی قرار گرفتند آغاز شد. همانطور که درختان رشد کردند، ساقه های آنها به تدریج به سمت بالا خم شد و نوک آنها را به حالت عمودی بازگرداند.

این پاسخ به نوع خاصی از چوب به نام چوب کششی بستگی دارد. برخلاف چوب معمولی، چوب کششی می‌تواند نیروی کششی ایجاد کند. هنگامی که در امتداد سمت بالایی ساقه تشکیل می شود، بسیار شبیه یک عضله منقبض عمل می کند و ساقه را به سمت بالا می کشد و باعث خم شدن آن می شود.

پس از تقریبا ده روز، هنگامی که درختان منحنی قابل توجهی ایجاد کردند، محققان آنها را به دستگاه آزمایش منتقل کردند. در هفته های بعد، اتفاق قابل توجهی رخ داد. ساقه ها به جای حفظ شکل منحنی خود، به آرامی صاف شدند تا زمانی که دوباره تقریبا صاف شدند.

برای تعیین اینکه چه چیزی باعث این تغییر شده است، این تیم ساختار چوبی را که در طول فرآیند صاف کردن ایجاد شده است، بررسی کردند.

آنها دریافتند که چوب کششی اولیه که در امتداد سمت بالایی ساقه ها تشکیل شده بود و آنها را به سمت بالا می کشید، پس از فعال شدن سیستم آزمایشی، رشد خود را متوقف کرد. در همان زمان، چوب کششی یکسان در طرف مقابل شروع به تشکیل شد.

به نظر می رسید که این چوب تازه تشکیل شده مانند یک ماهیچه مخالف عمل می کند و نیروی کششی را در جهت دیگر ایجاد می کند. همانطور که نیروها علیه یکدیگر کار می کردند، ساقه های منحنی به تدریج به شکل مستقیم بازگشتند.

تولید چوب کششی شامل یک توالی پیچیده از رویدادهای بیولوژیکی است که در سطح سلولی کنترل می شود. یافته‌ها نشان می‌دهد که حس درونی درخت از شکل خود به تنظیم این فرآیند کمک می‌کند و تعیین می‌کند که چوب کششی در کجا رشد می‌کند تا وضعیت خود را اصلاح کند.

کشف شگفت انگیز در مورد اینکه چگونه درختان شکل خود را کنترل می کنند

پیش از این، دانشمندان بر این باور بودند که چوب کششی تنها در سمت بالایی ساقه ها تشکیل می شود، جایی که به کشیدن آنها به سمت بالا کمک می کند. این امر به‌ویژه در نزدیکی پایه‌های درختانی که در دامنه‌های کوه رشد می‌کنند، قابل توجه است، جایی که تنه‌ها اغلب برای حفظ وضعیت عمودی خود نیاز به انحنا دارند.

تحقیقات جدید نشان می دهد که چوب کششی نقش همه کاره تری دارد. می‌تواند در طرف‌های مخالف ساقه رشد کند و نیروها را در جهات مختلف ایجاد کند، مانند گروه‌های عضلانی مخالف که حیوانات برای حفظ وضعیت بدن و کنترل حرکت استفاده می‌کنند.

این کشف نشان می دهد که درختان دارای سیستم پیچیده ای برای هماهنگی رشد خود هستند. آنها اطلاعات پیرامون خود (مانند نور و گرانش) را با آگاهی درونی از شکل خود ترکیب می کنند. با پردازش این سیگنال‌ها، آن‌ها می‌توانند محل رشد چوب کششی را تنظیم کنند و وضعیت خود را بر این اساس تنظیم کنند.

چرا این کشف برای جنگل ها و کشاورزی اهمیت دارد؟

توانایی درک و اصلاح شکل خود به ویژه هنگامی که درختان با اختلالات محیطی روبرو می شوند مهم است. طوفان‌های قدرتمند، رانش زمین و سایر رویدادهای شدید می‌توانند درختان را خم یا جابجا کنند و ظرفیت بازیابی وضعیت مناسب را برای انعطاف‌پذیری آن‌ها ضروری کنند.

درک این مکانیسم می تواند ارزش فزاینده ای پیدا کند زیرا تغییرات آب و هوایی جنگل ها را در معرض شرایط شدیدتری قرار می دهد.

این یافته ها همچنین پیامدهای عملی برای جنگلداری و کشاورزی دارد. با شناسایی گیاهانی با حس عمقی مؤثر، دانشمندان ممکن است قادر باشند گونه‌هایی را انتخاب کنند که صاف‌تر رشد کنند، وضعیت بهتری داشته باشند و چوب با کیفیت‌تری تولید کنند.

در کشاورزی، همین دانش می تواند به محققان کمک کند تا محصولات غلاتی را توسعه دهند که احتمال سقوط آنها قبل از برداشت کمتر است. این مشکل که به عنوان اسکان شناخته می شود، می تواند باعث کاهش عملکرد قابل توجهی در هنگام فروپاشی محصولات در پایان فصل رشد شود.

این کشف همچنین می تواند کیفیت چوب را بهبود بخشد. تشکیل چوب کششی ناهماهنگ می تواند تنش های داخلی بیش از حد را در درختان ایجاد کند و به طور بالقوه بر خواص چوبی که آنها تولید می کنند تأثیر بگذارد.

برونو مولیا، مدیر تحقیقات INRAE، توضیح داد:

"آنچه ما کشف کرده ایم یک حلقه حسی حرکتی واقعی است که در قسمت های چوبی درختان کار می کند! هماهنگی ضعیف در فعال سازی پی در پی چوب کششی منجر به کشش داخلی بیش از حد می شود که می تواند کیفیت چوب را تحت تاثیر قرار دهد. بنابراین این یافته ها تحقیقات کاربردی بیشتری را با هدف بهبود کیفیت چوب و به دست آوردن درختانی که تا حد ممکن صاف و آرام هستند، تغییر می دهد."

این تحقیق همچنین بر اهمیت ترکیب تخصص از زمینه های علمی مختلف برای درک روش های پیچیده تعامل گیاهان با محیط خود تأکید می کند.

فلیکس هارتمن، مهندس تحقیقات INRAE، بر تلاش مشترک پشت این کشف تاکید کرد:

وی ادامه داد: آشکار ساختن قابلیت های چشمگیر درختان به نبوغ زیادی نیاز دارد، در این پروژه با گرد هم آوردن محققانی از رشته های مختلف، با مهارت ها و دیدگاه های مکمل به آن دست یافتیم.

مواد ارائه شده توسط INRAE ​​- موسسه ملی تحقیقات کشاورزی، غذا و محیط زیست. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.

آیا زهره ماه خودش را خورد؟ دانشمندان یک احتمال تکان دهنده را کشف کردند

فسیل های 237 میلیون ساله دوزیستی را نشان می دهد که نباید وجود می داشت

مغز بیش از آنچه دانشمندان فکر می‌کردند، قادر به درمان است

دانشمندان مولکول‌هایی را کشف کردند که تا به حال ندیده‌ایم با پتانسیل مبارزه با سرطان