دانشمندان معمای قدیمی تکان خوردن گیاهان را حل کردند!

مطالعه‌ای جدید نشان داده است که حرکات نامنظم گل‌های آفتابگردان به آنها کمک می‌کند تا نور خورشید را پیدا کنند و این کشف جدید، بینش‌های مهمی درباره رفتار گیاهان و همچنین مزایای بالقوه آن در کشاورزی ارائه می‌دهد.

در این مطالعه جدید، فیزیکدانانی از ایالات متحده ممکن است سرانجام به رمز و راز رفتار عجیب و غریب گیاهان در حال رشد که حتی خود چارلز داروین را در دهه‌های پایانی زندگی‌اش مجذوب کرده بود، پی برده باشند.

گیاهان برای بسیاری از انسان‌ها ممکن است ثابت و حتی کمی کسل‌کننده به نظر برسند. اما این موجودات سبز در واقع حرکات بسیار زیادی انجام می‌دهند. برای مثال، اگر ویدیوی سریع شده (تایم‌لپس) از بیرون آمدن نهال آفتابگردان از خاک را مشاهده کنید، خواهید دید که نهال فقط مستقیماً به سمت بالا رشد نمی‌کند، بلکه در حین رشد تاج آن به صورت دایره‌ای می‌چرخد. هرچند که این حرکات بسیار آهسته است اما در هر صورت گیاه شبیه به چوب‌پنبه به دور خود می‌پیچد و به طور کلی به اطراف تکان می‌خورد.

اکنون، محققان به رهبری اوریت پلگ از دانشگاه کلورادو بولدر و یاسمین مروز، به نقش این حرکات آشفته که به نام «دور زدن» شناخته می‌شوند، پی برده‌اند. در آزمایش‌های گلخانه‌ای و شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای، این گروه نشان دادند که گل‌های آفتابگردان از دور زدن برای جستجوی نور خورشید در محیط اطراف خود استفاده می‌کنند.

پلگ، یکی از نویسندگان این مطالعه و دانشیار در مؤسسه BioFrontiers و گروه علوم کامپیوتر، بیان می‌کند:

بسیاری از مردم واقعاً به حرکات گیاهان توجه نمی‌کنند، زیرا ما انسان‌ها معمولاً گیاهان را با سرعت فریم نامناسب مشاهده می‌کنیم.

تیم پژوهشی یافته‌های خود را در تاریخ 15 آگوست در مجله Physical Review X منتشر کرده است.

این یافته‌ها می‌تواند در آینده به کشاورزان کمک کند تا استراتژی‌های جدیدی برای رشد محصولات با استفاده از الگوهای کارآمدتر ارائه دهند.

چانتال نگوین، نویسنده اصلی این تحقیق و محقق فوق‌دکتری در مؤسسه BioFrontiers، می‌گوید:

تیم ما معمولاً روی تعاملات اجتماعی در گروه‌های حشرات و سایر حیوانات کار می‌کند. اما این تحقیق به‌طور ویژه‌ای هیجان‌انگیز است، زیرا ما شاهد الگوهای مشابهی در گیاهان هستیم، در حالی که آنها ریشه‌های خود را در زمین ثابت کرده‌اند.»

خیارهای داروین

نگوین توضیح می‌دهد که گیاهان برخلاف حیوانات نمی‌توانند به طور مستقیم جابجا شوند، بلکه از طریق رشد در جهات مختلف به مرور زمان حرکت می‌کنند. طبق گزارش‌های تاریخی، این پدیده حتی پس از بازگشت چارلز داروین از سفر با HMS Beagle توجه او را به خود جلب کرده بود.

در دهه 1860، داروین که در آن زمان از مجموعه‌ای از بیماری‌ها رنج می‌برد و تحرکش محدود شده بود، روزهای زیادی را به مشاهده گیاهان در خانه‌اش اختصاص می‌داد. او دانه‌هایی از خیار و گونه‌های دیگر کاشت و سپس حرکات تاج آنها را دنبال کرد. به‌نظر می‌رسید نقشه‌های ترسیم‌شده توسط او کاملاً بی‌نظم و تصادفی هستند.

داروین در سال 1863 به یکی از دوستانش نوشت:

من واقعاً با پیچک‌هایم سرگرم هستم – این همان نوع کاری است که برای من مناسب است.

داروین با وجود سرگرمی‌اش، هرگز نتوانست توضیح دهد که چرا برخی از پیچک‌ها به این شکل پیچ و تاب می‌خورند.

این همان معمایی است که مروز، فیزیکدانی که در زمینه علوم گیاهی تحقیق می‌کند را نیز به خود جذب کرده بود. مطالعه‌ای در سال 2017 او را به مسیر درستی هدایت کرد. در این تحقیق، دانشمندان به رهبری دانشگاه بوئنوس آیرس، خطوطی از آفتابگردان‌ها را در شرایط محدود رشد دادند. آنها کشف کردند که این گیاهان به طور طبیعی و پیوسته خود را به شکل الگوهای زیگزاگ مرتب می‌کنند، تقریباً مانند دندانه‌های یک زیپ! این ترتیب احتمالاً به گیاهان کمک می‌کند تا دسترسی بهینه‌ای به نور خورشید پیدا کنند.

مروز این سوال را مطرح کرد که آیا تکان‌های گیاه می‌تواند موتوری باشد که چنین الگوهایی را در رشد گیاهان ایجاد کند.

او که استاد علوم گیاهی و امنیت غذایی است، می‌گوید:

برای گیاهان بالارونده مشخص است که آنها به دنبال تکیه‌گاه‌هایی برای پیچیدن هستند. اما برای سایر گیاهان، این موضوع هنوز مشخص نیست که چرا این حرکت‌ها ارزشمند است.

پیدا کردن نور خورشید

برای کشف این موضوع، او و همکارانش پنج گل آفتابگردان یک‌هفته‌ای را در یک ردیف کاشتند و سپس، مشابه داروین، حرکات گیاهان را در طول یک هفته ثبت کردند.

نگوین و پلگ سپس یک برنامه رایانه‌ای طراحی کردند که الگوهای رشد آفتابگردان را تجزیه و تحلیل می‌کرد. آنها همچنین از شبیه‌سازی‌های رایانه‌ای استفاده کردند تا بررسی کنند اگر آفتابگردان‌ها بیشتر یا کمتر تکان بخورند، چه اتفاقی خواهد افتاد؟ به عبارت دیگر، آیا این حرکات تصادفی هستند یا بر اساس یک الگوی پیوسته و مشخص اتفاق می‌افتند؟!

محققان دریافتند که اگر گیاهان دیجیتال اصلاً تکان نمی‌خوردند، همه آن‌ها در یک خط مستقیم به سمت یکدیگر متمایل می‌شدند. از سوی دیگر، اگر بیش از حد حرکت می‌کردند، رشد آن‌ها به‌صورت کاملاً تصادفی اتفاق می‌افتاد. اما اگر آنها به میزان مناسبی حرکت می‌کردند، آفتابگردان‌ها به الگوی زیگزاگی که در گیاهان واقعی مشاهده می‌شود، دست می‌یافتند که به آن‌ها امکان می‌داد به بهترین شکل ممکن از نور خورشید استفاده کنند. نگوین توضیح داد که گیاهان به دور خود می‌چرخند تا منبع نور بهینه را پیدا کنند و سپس در همان جهت رشد می‌کنند.

او افزود:

زمانی که مقدار کمی نویز به سیستم اضافه می‌کنید، به گیاهان اجازه می‌دهید محیط خود را کاوش کرده و به حالتی برسند که هر گیاه بتواند به بیشترین میزان نور دسترسی پیدا کند. این موضوع منجر به تشکیل آن الگوی زیبا و منظم زیگزاگ می‌شود.

در آزمایش‌های آتی، محققان قصد دارند چگونگی رشد آفتابگردان‌ها را در شرایط پیچیده‌تر بررسی کنند. مروز، به نوبه خود، خوشحال است که می‌بیند گیاهان به خاطر حرکات و تکان‌های جالبشان اعتبار بیشتری پیدا کرده‌اند.

او در پایان گفت:

اگر همه ما با همان سرعت گیاهان زندگی می‌کردیم، می‌توانستید در خیابان راه بروید و حرکت آنها را ببینید. شاید روزی همه ما گیاهان را به عنوان حیوان خانگی خود داشته باشیم.

منبع: Scitechdaily