پایگاه داده جهانی تصویر کامل تری از عناصر تشکیل دهنده حیات گیاهی ارائه می دهد

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

گیاه دقیقا از چه چیزی ساخته شده است؟ دانشمندان درک خوبی از مواد مغذی ضروری گیاهان برای رشد دارند. اما اینکه گیاهان به چه چیزی نیاز دارند و چه چیزی در آنها وجود دارد لزوما یکسان نیستند.

همانطور که گیاهان آب و مواد مغذی را از طریق ریشه خود می کشند، می توانند عناصر دیگر را نیز از محیط اطراف خود جذب کنند. این عناصر در بافت‌های گیاه گنجانده می‌شوند - به این معنی که آنچه در زمین است می‌تواند به شکل دادن به آنچه در گیاه است کمک کند.

زمانی که زمین روی زمین نباشد این امر به ویژه مهم می شود.

محققانی که در حال مطالعه امکان رشد گیاهان در ماه و مریخ هستند، می‌خواهند بفهمند که وقتی ریشه‌های آنها با سنگ سنگی، ماده سنگی غنی از فلزات که سطوح آنها را می‌پوشاند، مواجه می‌شوند، چه اتفاقی می‌افتد. رشد در یک محیط گرانشی متفاوت می‌تواند بر محتوای یک گیاه نیز تأثیر بگذارد - در صورتی که این گیاهان در نهایت به عنوان غذا رشد کنند، نکته مهمی است.

اما درک این تفاوت ها ابتدا نیاز به تصویر واضح تری از آنچه گیاهان در اینجا روی زمین دارند، دارد.

هریسون کوکر، محقق دکترا در بخش خاک و علوم زراعی دانشگاه تگزاس A&M در کالج کشاورزی و علوم زیستی و آزمایشگاه دکتر جولی هاو، گفت: ما باید با یادگیری در مورد زمین به یک سوال فضایی پاسخ دهیم.

کوکر و یک تیم بین المللی در حال حاضر به ایجاد این پایه کمک کرده اند. در یک مطالعه و متاآنالیز جهانی منتشر شده در ACS Environmental Au، آنها اندازه گیری هایی را از 5474 نمونه گیاهی در 73 کشور جمع آوری کردند که شامل 52 عنصر، 21 کلاس آب و هوا و 26 گروه خاک بود.

پایگاه داده جهانی حاصل تصویر جامع تری از ترکیب عنصری گیاه، شامل ده ها عنصر فراتر از مواد مغذی آشنا که معمولا با رشد گیاه مرتبط است، ارائه می دهد.

کوکر به‌عنوان همکار فرصت‌های تحقیقاتی فارغ‌التحصیلان فناوری فضایی ناسا، راه‌های حمایت از رشد گیاهان در ماه و مریخ را مطالعه می‌کند و سه تابستان گذشته را صرف انجام تحقیقات در مرکز فضایی کندی ناسا کرده است.

این علاقه، کوکر را با یک گروه بین‌المللی از دانشمندان که توسط انجمن روستای ماه گرد هم آمده بودند، مرتبط کرد، سازمانی که بر اکتشاف و توسعه ماه متمرکز شده بود و توسط دانشجویان سابق دکتر بورجا باربرو و راشل ریورو رهبری می‌شد. این گروه شروع به جستجوی داده هایی در مورد ترکیب عنصری گیاهان رشد یافته در سنگ سنگی شبیه سازی شده ماه و مریخ کردند، اما چیز کمی برای کار پیدا کردند.

این آنها را به یک موضوع گسترده تر سوق داد: تحقیقات تغذیه گیاه به طور سنتی بر عناصر ضروری متمرکز شده است، از درشت مغذی های آشنا مانند نیتروژن، فسفر و پتاسیم تا ریز مغذی های مورد نیاز در مقادیر بسیار کمتر. اما اطلاعات بسیار کمتری برای گردآوری طیف وسیع‌تری از عناصری که اغلب در خاک‌ها فراوان هستند و ممکن است در بافت‌های گیاهی نیز وجود داشته باشند، وجود داشت.

کوکر گفت که او و همکارانش در ابتدا قصد داشتند روی گیاهانی تمرکز کنند که در محیط های شدید روی زمین رشد می کنند. اما با توسعه پروژه، آنها جستجوی خود را گسترش دادند و اندازه گیری های منتشر شده را از سراسر جهان جمع آوری کردند تا طیف وسیع تری از گیاهان و محیط ها را به تصویر بکشند.

هنگامی که محققان فراتر از عناصری که گیاهان برای زنده ماندن به آنها نیاز دارند نگاه کردند، الگوهای شگفت انگیزی را در مورد آنچه که گیاهان در واقع دارند پیدا کردند.

بیست عنصری که برای رشد گیاه ضروری در نظر گرفته نمی‌شوند در غلظت‌های متوسط ​​بالاتر از مولیبدن یافت شدند، عنصر ضروری که در کمترین غلظت در مطالعه یافت شد.

کوکر می‌گوید: «چیزی که برای من جذاب بود این بود که در مقیاس جهانی، چندین عنصر که برای حیات گیاهی ضروری تلقی نمی‌شوند، دارای غلظت بالاتری نسبت به آنچه ضروری هستند، هستند. "اگر این عناصر کمتر مورد مطالعه بیش از آنچه ما فکر می کنیم رایج هستند، نقش بیولوژیکی نامرئی این عناصر همزمان در یک گیاه چیست؟"

برای بسیاری از این عناصر کمتر مطالعه شده، هنوز پاسخ روشنی وجود ندارد. این مطالعه نشان داد که آنها در مجموع بخش قابل توجهی از بافت‌های گیاهی را تشکیل می‌دهند و به محققان شالوده وسیع‌تری برای بررسی نقش برخی از این عناصر در گیاهان می‌دهد.

این تجزیه و تحلیل همچنین یک الگوی تکاملی قوی پیدا کرد: گیاهان نزدیک به هم تمایل به پروفایل های عنصری مشابه دارند، که نشان می دهد دودمان های مختلف گیاهان دارای ترکیبات عنصری مشخصه هستند.

این مطالعه خاطرنشان می‌کند که گیاهان نقش مهمی در حرکت عناصر در اکوسیستم‌ها دارند، آنها را از محیط اطراف خود می‌برند و آن‌ها را در بافت‌های زنده ترکیب می‌کنند. داشتن تصویر کامل تری از آن عناصر می تواند به دانشمندان کمک کند تا آن چرخه های بزرگتر را بهتر درک کنند.

پایگاه داده همچنین می تواند به محققان اجازه دهد تا طیف وسیع تری از عناصر را در مدل های جهانی بگنجانند یا از داده ها برای آموزش ابزارهای یادگیری ماشینی استفاده کنند که روابط بین ترکیب گیاهی و مجموعه اکوسیستم را بررسی می کنند. در کشاورزی، پایگاه داده می تواند مرجعی برای مطالعه عناصری که گیاهان از خاک برداشته می شوند و چگونگی چرخش آن عناصر در سیستم های کشاورزی فراهم کند.

همچنین به محققان پایه ای برای مطالعه گیاهان در محیط های ناآشنا، از جمله سنگ سنگی قمری یا مریخی ارائه می دهد. دانشمندان می توانند ترکیب عنصری آن گیاهان را با تصویر بسیار گسترده تری که اکنون برای گیاهان روی زمین موجود است مقایسه کنند.

اما کوکر ارزش کار را فراتر از هر برنامه کاربردی می بیند. با نگاهی فراتر از عناصری که از قبل به عنوان ضروری شناخته شده‌اند، محققان می‌توانند سؤالات اساسی‌تری درباره بسیاری از عناصر موجود در بافت‌های گیاهی و نقش‌هایی که ممکن است ایفا کنند، بپرسند.

کوکر گفت: "این مهم است که بدانیم زندگی از چه چیزی ساخته شده است. هنگامی که همه عناصر را بشناسیم، می توانیم به بررسی فرآیندهای پیچیده تری مانند اینکه چگونه همه با هم کار می کنند تا ویژگی های پیچیده ای مانند عملکرد و ثبات ایجاد کنیم." "عناصر مواد تشکیل دهنده زندگی هستند."

هریسون آر. کوکر و همکاران، ترکیب عنصری گیاهان زمین: پایگاه داده جهانی و متاآنالیز، ACS Environmental Au (2026). DOI: 10.1021/acsenvironau.6c00028

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →