هل النباتات حقًا تختلف عنا كما يحدد نظام التصنيف البيولوجي، أم يمكن أن تكون مشابهة لنا؟
هل تستمتع النباتات أيضًا بجمال شمس الصباح، وتستنشق عبير زهورها، وتستمع إلى طنين النحل الجميل، وتتناول وجبة من المعادن والماء، والأهم من ذلك نقل مشاعرها من خلال الصوت؟
قد يبدو هذا للكثيرين كقصة خيالية من كتاب كوميدي للأطفال في المدرسة، لكن الأبحاث الواسعة في مجال فسيولوجيا النبات أثبتت أن العديد من هذه الأمور تحدث بالفعل في عالم النباتات.
ظهرت النباتات والحيوانات كلاهما من الكائنات بدائية النواة عبر عملية التعايش الداخلي.
تشير التعايش الداخلي إلى علاقة وثيقة وطويلة الأمد بين كائنين حيث يعيش أحدهما داخل الآخر. يمكن أن تكون هذه الشراكة مفيدة للطرفين، مما يعني أن كلا الكائنين يستفيدان شيئًا ما من هذا الترتيب.
حدثت هذه العملية في الغلاف الجوي البدائي الذي كان يفتقر إلى الأكسجين الحر. كانت البيئة المختزلة تفضل نشوء الحياة حيث يتم تدمير المركبات العضوية بسهولة في وجود الأكسجين.
لذا فإن أول الميكروبات التي ظهرت في soup primordial (الحساء البدائي) كانت لاهوائية (لا تحتاج للأكسجين)، تزدهر في غياب الأكسجين.
ما هو الحساء البدائي؟
“الحساء البدائي” هو مصطلح يستخدم لوصف الظروف المفترضة على الأرض قبل مليارات السنين. يشير إلى وجود الماء والجزيئات العضوية البسيطة الناتجة عن تفاعلات الغلاف الجوي المبكرة وبيئة دافئة ومائية – جميع العوامل التي يُعتقد أنها حاسمة لنشوء أولى أشكال الحياة.
Bبعض الكائنات الحية المبكرة التي لا تحب الأكسجين (اللاهوائية) – والتي يُحتمل أنها بكتيريا تخمرية تقوم بتحويل السكريات وغيرها من المركبات إلى مواد أبسط مثل الكحول أو الحمض دون استخدام الأكسجين – ابتلعت بعض البكتيريا المحبة للأكسجين (الهوائية).
بدلاً من هضمها، شكلت شراكة (تعايش)، حيث استفاد الطرفان (التعايش الداخلي).
The prokaryotes that could respire oxygen transformed into mitochondria, and those that could perform photosynthesis turned into chloroplasts.
يمكن للنباتات الاستجابة بشكل إيجابي للصوت المسموع
< p > أظهرت عدة تجارب لتحديد قدرات السمع لدى النباتات أن بعض المحفزات الصوتية ضمن نطاق 20 هرتز – 20 كيلو هرتز يمكن أن يكون لها تأثير إيجابي على نمو النبات.< / p >
< p > مؤخرًا ، تم التحقيق في تطبيقه على نباتات الزراعة.< / p >
< p > كان للموسيقى الخضراء (التي تتكون من صوت تدفق مياه النهر ، وضجيج الحشرات ، وزقزوق الطيور ، وهطول الأمطار) تأثير إيجابي على إنبات البذور والنمو والإنتاج وتجميع الكلوروفيل ومحتوى النشا وتحمل الإجهاد لدى أنواع مختلفة.< / p >
< p > عندما تعرضت نباتات الطماطم لصوت تردد مختلف ، زادت محتويات الفينولات والليكوبين وكذلك محتوى حمض الأسكوربيك بنسبة تصل إلى 70%.< sup />
ماذا يحدث عند استجابة النبات للصوت؟
ماذا يحدث عندما تتعرض النباتات لصوت ناتج عن الضغط؟
كان السؤال المنطقي التالي هو: تمامًا كما أن الصوت بترددات معينة يحفز نمو النباتات، هل يمكن أن يؤدي الصوت الناتج عن الضغط، ربما بتردد مختلف، إلى استجابة دفاعية في النباتات؟
قام العلماء أبل وكوكروفت بإجراء تجربة حيث تم السماح لليرقات (ضغط حيوي) بالتغذي على أوراق نبات Arabidopsis وتم تسجيل الصوت الناتج عن الحركة الدقيقة في الأوراق بسبب مضغ اليرقة باستخدام نظام مقياس الاهتزاز بالليزر.
ما هو الضغط الحيوي؟
الضغط الحيوي يشير إلى أي تأثير ضار على النباتات ناتج عن كائنات حية، مثل الحشرات أو مسببات الأمراض (مثل الفطريات والبكتيريا والفيروسات) أو الأعشاب الضارة أو الحيوانات. يمكن أن تؤثر هذه الضغوط سلبًا على نمو وتطور أو صحة النباتات، مما يؤدي إلى تقليل المحصول أو حتى الموت.
تم تشغيل هذه الاهتزازات المسجلة لمجموعة أخرى من نباتات Arabidopsis الصحية بينما تعرضت مجموعة ثالثة فقط للصمت.
وجد الباحثون أن النباتات في المجموعة الثانية، عندما تعرضت لاحقًا ليرقات، أنتجت المزيد من المواد الكيميائية الدفاعية الشبيهة بالمبيدات الحشرية المعروفة باسم الجلوكوسينولات والأنثوسيانينات.
استجابةً لهذا الدفاع الكيميائي، تبتعد اليرقات. لذا كشفت هذه التجربة أن النباتات يمكنها الاستجابة للصوت وحده حتى دون التعرض للمس أو الضرر من قبل الحشرات وأن الاستجابة تكون أسرع وأكثر قوة.
تظهر هذه التجربة أن التعرض للصوت الناتج عن الضغط مسبقًا يعزز المناعة في النباتات تمامًا كما تعزز جرعة اللقاح جهاز المناعة لدينا.
في الوقت نفسه، لم تتمكن مجموعة متنوعة من التسجيلات بما في ذلك أصوات الرياح وأصوات التزاوج لمختلف الحشرات التي كانت لها طيف ترددي مشابه ولكن تقديم زمني مختلف من إثارة استجابات مماثلة من نباتات Arabidopsis.
هذا يشير إلى أن النباتات تستطيع التمييز بين الاهتزازات القادمة من مصادر اهتزاز بيئية شائعة أخرى.
لذا بينما قد لا تكون النباتات تسمع بالضبط، إلا أنها تستشعر اهتزازات الصوت ويمكنها أيضًا التمييز بينها.
يفتح هذا آفاقاً جديدة لاستخدام الاهتزازت لتعزيز دفاع النبات وهو ما قد يكون اقتصاديًا وصديقًا للبيئة بالنسبة للزراعة بدلاً من رش المبيدات المكلفة والضارة.
التغيرات الخلوية في النبات عند تحفيزه بالصوت
لفهم الأحداث الخلوية التي يثيرها التحفيز بالصوت ، أجريت دراسة للتحقيق في التغيرات العالمية للتعبيرات الجينية والبروتينيات لنبات Arabidopsis عند تعرضه للاهتزازت الصوتية عند خمسة تردد واحد فقط.
أظهرت تحليل المصفوفة الدقيقة أنه عند التحفيز بالصوت ، أظهرت العديد من جينات النبات ، بما في ذلك تلك المشاركة في إشارات الكالسيوم والتوازن الأكسيدي ونقل الإشارة والترجمة ، تعبيراً مختلفاً.
كما تم تنظيم عدد كبير من الجينات المشاركة في إشارات الهرمونات ومسارات التنفس بشكل أكبر.
تم العثور على هرمونات تتحكم بالنمو (حمض الإندول-3-خلوي وحمض الجبريلين) وهرمونات تعزيز الدفاع (حمض الساليسيليك وحمض الياسمونيك) يتم تصنيعها بتركيز أكبر.
يلعب الكالسيوم دور الرسول الثاني وله دور مهم في نقل الرسائل عبر سلسلة الإشارات.
من المفترض أن تؤثر اهتزازت الصوت كأمواج ضغط ميكانيكي على خلايا النبات.
لذا فإن آليات نقل إشارة الصوت واللمس قد تكون متشابهة وقد يكون هذا التقاطع بين المسارات مفيداً لإنشاء أدوات دقيقة للهندسة.
تشير زيادة التعبير عن ناقلات الأيون مثل H+-ATPase والتي تلعب دورا مهما في “النقل النشط” إلى أنه قد يكون لهذه الناقلين دور حساس ميكانيكياً فيما يتعلق باستجابة الخلايا الناتجة عن اهتزازت الصوت.
أظهرت عدة إنزيمات تشارك في رد الفعل الضوئي لعملية البناء الضوئي - دورة كالفن والجليكوليس ودورة TCA – تغييرات معبر عنها مع زيادة معظمها بشكل أكبر.
RuBisCO هو الإنزيم التنظيمي الرئيسي لـ “ثبات الكربون C3″ وزيادة تنظيمه تعكس الحالة المعززة للبناء الضوئي للنبات بعد التعرض للصوت.
استنادا إلى هذه النتائج ، تم اقتراح نموذج لكيف تؤثر اهتزازت الصوت على خلايا النبات.
هذه الاهتزازت عبر المدخل الميكانيكي تزيد توتر غشاء الخلية عبر تنظيم إنزيم تعديل جدار الخلية المعروف باسم xyloglucan endotransglucosylase .
نتيجة لتغيير مرونة جدار الخلية يتم تنشيط قنوات الأيون الحساسة ميكانيكياً المرتبطة بالغشاء . يتم تحويل الإشارات داخل الخلية بواسطة ارتباطها بأيون الكالسيوم .
تنقل كينازات الرسالة نحو الأسفل عبر الفسفرة / إزالة الفسفرة لبروتيناتها المختلفة للإشارة أو عوامل النسخ مما يؤدي أخيراً إلى تغيير التعبيرات الجينية .
الجينات والبروتينيات المقابلة المشاركة عمليات حيوية مثل البناء الضوئي والجليكوليس واستقلاب الأحماض الأمينية واستقلاب الكبريت تُنظم بشكل أكبر .
هذه التغييرات جنبا إلى جنب مع تعديلات هرمونية تؤدي الى تعزيز النمو والدفاع لدى植物.
تصدر plants أصوات فوق صوتية أثناء الضغط
ومع ذلك ، رغم كل هذا المعرفة حول التغيرات الخلوية الناتجة عن تحفيز الصوت ، هناك نقص معلومات حول إصدار الأصوات بواسطة plants نفسها وما إذا كان يمكن سماع هذا الصound لمسافة معينة بعيداً عنها .
مؤخراً أثبت الباحثون بجامعة تل أبيب بإسرائيل بأن plants بالفعل تصدر أصوات جوّيه يمكن اكتشافها على بعد عدة أمتار وقد تعمل كمؤشرات محتملة لحالتهم الفيزيولوجيه .
لكن هذا sound يقع ضمن النطاق فوق السمعي بين 20 و 100 كيلو هرتز وما يتجاوز نطاق السمع البشري .
قاموا بوضع ميكروفونات حساسة للغاية بالقرب مِن نبات الطماطم والتبغ تحت ظروف ضغط مختلفة .
كانت مجموعة واحدة مِن plants تُعتبر كمراقبة لتسجيل انبعاث sound أساسي ومجموعه ثانية كانت مُجهدة بحرمان الماء لفترة طويلة ومجموعه ثالثة خُصصَ لها قطع الساق .
تم الاحتفاظ بالنباتان فِي بيئة مُسيطر عليها للغاية مثل صناديق صوت مصمم خصيصا او البيوت الزجاجيه لإلغاء الأصوات الخلفيه المتداخله .
التقط الأجهزة صرخاتهم الزراعية والتي
يمكن اكتشاف الأصوات التي تصدرها النباتات، بفضل نطاقها فوق الصوتي، من قبل بعض الثدييات والحشرات (مثل الفئران والعث).
ومن المدهش أن هذه الأصوات تم التقاطها بواسطة ميكروفونات حتى على بعد 3-5 أمتار.
كشفت التسجيلات أن الأنواع المختلفة من النباتات تصدر أصواتًا مميزة بمعدلات متفاوتة، اعتمادًا على الضغوط التي تتعرض لها.
أصدرت نباتات الطماطم المتعرضة للجفاف حوالي 35 صرخة فوق صوتية في الساعة، في المتوسط، بينما أصدرت تلك ذات السيقان المقطوعة حوالي 25 صرخة.
أما نباتات التبغ المتعرضة للجفاف فقد أطلقت حوالي 11 صرخة في الساعة، بينما أنتجت المحاصيل المقطوعة حوالي 15 صرخة في الساعة. بالمقارنة مع ذلك، ظلت النباتات غير المعالجة أكثر أو أقل هدوءًا.
على الرغم من أنه ليس واضحًا كيف يتم إنتاج الصوت، فقد ثبت أن النتح ينتج توترًا في الأوعية الخشبية (Xylem)، وفي الوقت نفسه يتم إنتاج فقاعات الغاز (التجويف) داخل الأوعية الخشبية خلال هذه العملية.
في النباتات المجففة، يكون هذا التجويف أكثر وضوحًا حيث تتشكل فقاعات الهواء داخل الساق وتتمدد وتنهار مما ينتج عنه صوت يشبه الفرقعة يصعب على البشر سماعه.
أظهرت انبعاثات الصوت “اكتئاب منتصف النهار” حيث يظهر ذروة رئيسية واحدة في الصباح وذروة أخرى رئيسية في وقت متأخر بعد الظهر.
النمط مشابه بشكل لافت لكيفية ظهور النتح الذي يظهر أيضًا اكتئاب منتصف النهار.
هذا يشير إلى وجود ارتباط وثيق بين تكوين الفقاعات داخل الأوعية الخشبية وإغلاق الثغور.
This stomatal closure allows sufficient time for equalizing the water potential in the xylem, avoiding cavitation, and repairing xylem embolism.
