الخيال قد يصبح حقيقة.. خطوة نحو تحقيق التواصل بين النباتات والإنسان والعكس
علماء يحلون لغز عمره قرن من الزمان حول كيفية إرسال النباتات إشارات داخلية للتوتر
تخيّل أنك تمشي في حقل حيث تُخبر النباتات المزارعين عندما يشعرون بالعطش، تخيّل المزارعين يُرسلون إشاراتٍ تحذيريةً لمحاصيلهم من موجة جفافٍ قادمة، ليتمكنوا من البدء في ترشيد استهلاك المياه، هذه الفكرة، التي كانت في السابق مجرد خيال علمي، أصبحت الآن واقعًا متناميًا.
اتخذ الباحثون في مركز أبحاث أنظمة النباتات القابلة للبرمجة (CROPPS) بجامعة كورنيل خطوة كبيرة نحو جعل التواصل مع النباتات طريقًا ثنائي الاتجاه.
وتكشف الدراسة الأخيرة التي أجراها الفريق، والتي نشرت في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، عن لغز عمره قرن من الزمان حول كيفية إرسال النباتات إشارات داخلية للتوتر.
يقدم هذا الاكتشاف إمكانيات جديدة لتطوير نباتات لا تستطيع “التحدث” إلى الناس فحسب، بل تستجيب أيضًا لإشارات بيئية محددة.
تتحدث النباتات من خلال الإشارات
داخل كل نبتة، يحتفظ الضغط السلبي بالماء في سيقانها وجذورها وأوراقها. هذا التوازن يحافظ على صحتها، خاصةً في ظروف الجفاف.
عندما تُؤثر عوامل الضغط على هذا الضغط، يُحدث ذلك حركة في السوائل الداخلية للنبات. تحمل هذه الحركة إشارات ميكانيكية وكيميائية في جميع أنحاء النبات للمساعدة في استعادة التوازن.
قالت فيسنا باتشيفا، باحثة ما بعد الدكتوراه في CROPPS وزميلة العلوم في مؤسسة شميدت: “نحن نحاول بناء معرفة أساسية لفهم كيفية حدوث التواصل في النباتات “.
“يوفر إطار عملنا فهمًا ميكانيكيًا لما يحرك الإشارات من مكان إلى آخر ويشرح كيف يمكن للإشارات الميكانيكية والكيميائية أن تنتشر.”
تعمل باتشيفا جنبًا إلى جنب مع آبي ستروك، أستاذ الهندسة الكيميائية والبيولوجية الجزيئية، ومارجريت فرانك، أستاذة مشاركة في علم الأحياء النباتية.
وقال ستروك “إنها خطوة مهمة للغاية إلى الأمام في مجال ناشئ بشكل مدهش من حيث الفهم الميكانيكي الحقيقي”.
حل لغز يعود تاريخه إلى أكثر من 100 عام
لطالما ناقش العلماء كيفية إرسال النباتات لإشارات الاستغاثة . اعتقد البعض أنها تستخدم هرمونات أو مواد كيميائية، بينما اعتقد آخرون أن قوى ميكانيكية تلعب دورًا. وحتى الآن، ظلت الإجابة الواضحة بعيدة المنال.
طوّر فريق كورنيل نموذجًا تنبؤيًا يشرح كيف يمكن لتغيرات الضغط داخل النبات أن تنقل إشارات ميكانيكية وكيميائية. ويُظهر عملهم أن الجهاز الوعائي للنبات – وهو سلسلة من الأنابيب المضغوطة – يلعب دورًا رئيسيًا.
عندما يُجرح نبات، كما يحدث عندما تمضغ يرقة ورقةً ما، يتغير الضغط. قد يُسبب هذا التغير تدفقًا كثيفًا للماء يحمل موادًا كيميائيةً مُسببةً للإجهاد إلى أجزاء بعيدة من النبات. على سبيل المثال، قد تُحفز هذه المواد النبات على إنتاج حمض سام يُبعد الحشرات.
الضغط والكالسيوم والاستجابات الدفاعية
وإلى جانب حمل المواد الكيميائية، قد تؤدي تغيرات الضغط أيضًا إلى فتح قنوات حساسة ميكانيكيًا بالقرب من الأوعية الدموية في النبات.
عندما تنفتح هذه القنوات، تُطلق أيونات كالكالسيوم، قد تُحفّز زيادة الكالسيوم، المعروفة بتدفق الكالسيوم، تنشيط الجينات الدفاعية.
تشير نتائج الفريق إلى وجود نظام منسق تتعاون فيه القوى الميكانيكية والإشارات الكيميائية، يمنح هذا الاكتشاف العلماء أدوات جديدة للتفكير في كيفية تعزيز الدفاعات الطبيعية للنباتات .
النباتات التي تتحدث وتستمع
قالت باتشيفا: “نسعى لتطوير نباتات مراسلة تُخبرنا بما تشعر به في تلك اللحظة”. قد تُغير هذه الكائنات التجريبية لونها عند الشعور بالعطش، بينما قد تتوهج أخرى تحت أضواء خاصة عند تعرضها للتوتر.
لا تتوقف الرؤية عند هذا الحد. قد تسمح أنظمة المستقبل للمزارعين بإرسال إشارات إلى محاصيلهم. على سبيل المثال، يمكن للمزارع تنبيه النباتات بقرب جفاف قادم، مما يدفعها إلى ترشيد استهلاك المياه.
وقال ستروك “لقد وصلنا في مشروع CROPPS إلى مرحلة نقوم فيها في الوقت نفسه بالتحقيق في علم الأحياء الجزيئي والفيزياء الحيوية وتصميم الهندسة والتكامل نحو الواقع الزراعي باستخدام مفاهيم وتقنيات جديدة تمامًا”.
خطوة نحو مزارع أكثر ذكاءً وصحة
إن قدرة النباتات على إرسال واستقبال الإشارات تفتح آفاقًا واعدة للزراعة، فإذا تمكنت من إخبار المزارعين بدقة متى يحتاجون إلى المساعدة، فقد يؤدي ذلك إلى محاصيل أكثر صحة وموارد أقل هدرًا.
قد يتمكن المزارعون من التصرف بشكل أسرع، وسقاية أنفسهم بكفاءة أكبر، وحمايتهم قبل أن تتفاقم المشاكل.
يأمل الباحثون أن يُلهم هذا الفهم الجديد المزيد من سبل التواصل مع النباتات في المستقبل، ومع تقدم العلم، يبدو حلم المزارع الذكية والمتجاوبة حقًا – حيث يتعاون النبات والإنسان – أقرب من أي وقت مضى.
