در اقدامی باورنکردنی، دانشمندان گفتگوی یک گیاه با همسایه‌اش را ثبت کردند/ ویدئو

گیاهان توسط غبار ظریفی از ترکیبات معلق در هوا احاطه شده‌اند که از آن‌ها برای برقراری ارتباط و محافظت از خود استفاده می‌کنند. این عمل برای ما نامحسوس است و ترکیبات مانند بوها، گیاه‌خواران گرسنه را دفع می‌کنند و به گیاهان همسایه درمورد شکارچیان هشدار می‌دهند. دانشمندان از دهه ۱۹۸۰ درمورد دفاع و گفتگوی گیاهی اطلاع داشتند و آن‌ها را در بیش از ۸۰ گونه گیاهی شناسایی کرده‌اند.

اکنون، تیمی از محققان ژاپنی تکنیک‌های تصویربرداری فوری را برای نشان دادن نحوه دریافت و واکنش گیاهان به این آلارم‌های هوایی به کار گرفته‌اند. اما یک شکاف بزرگ در درک ما از ارتباط گیاهان وجود داشت: ما می‌دانستیم گیاهان چگونه پیام می‌فرستند، اما نمی‌دانیم چگونه آن‌ها را دریافت می‌کنند.

فیلم‌برداری از گفتگوی دو گیاه

در این مطالعه، «یوری آراتانی» و «تاکویا اومورا»، زیست‌شناسان مولکولی در دانشگاه سایتاما در ژاپن، یک میکروسکوپ فلوئورسنس برای تماشای انتقال ترکیبات ساطع شده از گیاهان آسیب‌دیده و آلوده به حشرات بر روی همسایگان خود و آنچه اتفاق افتاد، ساختند.

کرم‌های پیله‌ساز روی برگ‌های بریده شده از گیاهان گوجه‌فرنگی، رشادی گوش‌موشی و علف‌های هرز رایج قرار گرفتند و محققان واکنش‌های گیاه دوم، سالم و بدون حشره را به این نشانه‌های خطر ثبت کردند.

این گیاهان علف‌های هرز معمولی نبودند. آن‌ها از نظر ژنتیکی تغییر یافته بودند، بنابراین سلول‌هایشان حاوی یک حسگر زیستی بود که وقتی هجوم یون‌های کلسیم مشاهده شد، به رنگ سبز درآمد. سیگنال‌دهی کلسیم چیزی است که سلول‌های انسان نیز از آن برای برقراری ارتباط استفاده می‌کنند.

این تیم از روش مشابهی برای اندازه‌گیری سیگنال‌های کلسیم در مطالعه‌ای در سال گذشته روی گیاهان فلورسنت گل قهر و آشتی استفاده کردند که به سرعت برگ‌های خود را در پاسخ به لمس حرکت می‌دهند تا از شکارچیان جلوگیری کنند.

این‌بار، تیم تجسم کرد که چگونه گیاهان به دریافت ترکیبات فرار واکنش نشان می‌دهند، که در عرض چند ثانیه پس از زخمی شدن پخش می‌شود.

ترکیبات در یک بطری پلاستیکی متمرکز شدند و با سرعت ثابتی روی گیاه گیرنده پمپ شدند که به محققان اجازه داد تا تجزیه و تحلیل کنند چه ترکیباتی در مخلوط تند وجود دارد.

همانطور که در ویدیوی بالا مشاهده می‌کنید، گیاهان صدمه دیده پیام‌های همسایگان مجروح خود را با صدای بلند و واضح دریافت کردند و با انفجار سیگنال‌های کلسیمی که در برگ‌های کشیده آن‌ها موج می‌زد، پاسخ دادند.

نتایج پژوهش

با تجزیه و تحلیل ترکیبات موجود در هوا، محققان دریافتند که دو ترکیب به نام‌های Z-۳-HAL و E-۲-HAL سیگنال‌های کلسیم را در گیاه القا می‌کنند. آن‌ها همچنین با قرار دادن گیاه حاوی حسگر، سلول‌ها را شناسایی کردند و دریافتند کدام سلول‌ها برای اولین بار به نشانه‌های خطر پاسخ می‌دهند.

سلول‌های نگهبان یا محافظ سلول‌های لوبیایی شکل روی سطوح گیاهی هستند که روزنه‌ها را تشکیل می‌دهند، منافذ کوچکی که هنگام تنفس گیاهان در CO۲ به اتمسفر باز می‌شوند. سلول‌های مزوفیل، بافت داخلی برگ‌ها و سلول‌های اپیدرمی بیرونی‌ترین لایه یا پوست برگ‌های گیاه هستند.

هنگامی که رشادی در معرض Z-۳-HAL قرار گرفت، سلول‌های نگهبان سیگنال‌های کلسیمی را در عرض یک دقیقه تولید کردند و پس از آن سلول‌های مزوفیل پیام را دریافت کردند.

«ماساتسوگو تویوتا»، زیست‌شناس مولکولی دانشگاه سایتاما در ژاپن و نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید:

«ما سرانجام از داستان پیچیده‌ای درباره زمان، مکان و نحوه واکنش گیاهان به پیام‌های هشداردهنده همسایگان خود در هوا پرده‌برداری کردیم. این گفتگو و شبکه ارتباطی اثیری که از دید ما پنهان است، نقشی اساسی در حفاظت از گیاهان همسایه دربرابر تهدیدات قریب الوقوع ایفا می‌کند.»