سماد النيتروجين يغير جينات النباتات.. “انحناء الساق” وسيلة جديدة للدفاع

قد لا تبدو نباتات القولدن رود المتمايلة في النسيم وكأنها رموز للابتكار، لكنها تخفي في سيقانها قصة تطورية تشكلت بفعل التأثير الزراعي البشري لعقود. فماذا لو كان مجرد إضافة سماد إلى التربة كفيلًا بإعادة برمجة آلية دفاع النبات؟

كشفت دراسة أجراها باحثون في جامعة ميشيجان أن البيئات الغنية بالمغذيات يمكن أن تدفع نبات القولدن رود إلى تبني آلية دفاعية فريدة تُعرف بـ”انحناء الساق”.

وقادت الدراسة “ميا هوارد”، التي أوضحت أن “أحد الجوانب المثيرة في هذا الاكتشاف هو أننا نمتلك الآن أول دليل تجريبي يثبت أن الموارد تؤثر فعلًا في تطور دفاعات النبات”.

وقد نُشرت الدراسة في دورية Oikos العلمية.د

ما هو “انحناء الساق”؟

تتعرض نباتات القولدن رود سنويًا لهجوم من حشرات مثل ذباب الغال، التي تضع بيضها في طرف النبات، مما يحفز نمو أورام تُعرف بـ”الغال”، والتي تحتضن اليرقات. كرد فعل، ينحني النبات للأسفل ليخفي الطرف المعرض للهجوم خلال فترة نشاط الحشرات.

تُعد هذه السمة وراثية بالكامل؛ فالنبات إما أن يمتلكها أو لا، ولا تتأثر بالمغذيات في التربة، مما يجعلها سمة مثالية لدراسة التغيرات الجينية الناتجة عن التغيرات البيئية.

وتقول هوارد: “إذا كان النبات من النوع المنحني، فسينحني دائمًا، ومن السهل تمييزه بالعين”.

العلاقة بين النيتروجين والانحناء

قام الفريق بمراقبة القولدن رود في ستة مواقع مزدوجة (مخصبة وغير مخصبة) منذ عام 1989، باستخدام كميات من النيتروجين تعادل ما يُستخدم في الزراعة.

وفي أعوام 2016، 2021، و2022، لوحظت زيادة كبيرة في عدد النباتات المنحنية في المواقع المخصبة، حيث كانت نسبتها أعلى بـ3 إلى 6 مرات.

تشير هذه الزيادة إلى تحول جيني على الأرجح، ناتج عن انتشار النسخ الوراثية المنحنية في البيئات الغنية بالنيتروجين.

النباتات الأكبر أكثر عرضة للهجوم

أظهرت الدراسة أن النباتات المخصبة نمت بنسبة 30 إلى 40% أكثر طولًا، وأنتجت نحو 50% أكثر من الكتلة الحيوية، مما جعلها أكثر وضوحًا للحشرات، وزاد من تعرضها للهجوم بمعدل الضعف.

ورغم أن الانحناء قلل من الهجمات في عام 2016، إلا أنه لم يكن فعالًا في عامي 2021 و2022، مما يشير إلى أن الحشرات ربما طورت تكيفًا، أو أن وسائل دفاعية أخرى مثل المضادات الحيوية النباتية قد تكون دخلت في المعادلة.

دفاع منخفض التكلفة لكنه فعال

حتى عندما لا يكون فعالًا دائمًا، يظل انحناء الساق منتشرًا بين النباتات. ويُعتقد أن السبب هو أن هذه الآلية لا تستهلك الكثير من الطاقة، على عكس الدفاعات الكيميائية.

كما لم تُظهر الدراسات أن الانحناء يقلل من نمو النبات، بل على العكس، نمت النباتات المنحنية بشكل أطول وأنتجت بذورًا أكثر.

تشير الدراسة إلى أن الانحناء قد يكون وسيلة دفاعية تتناسب مع البيئات الغنية بالنيتروجين، حيث تحتاج النباتات للنمو السريع والتفوق في المنافسة على الضوء.

كيف تتطور النباتات للدفاع عن نفسها؟

تُبرز الدراسة أهمية التجارب طويلة الأمد في فهم تطور النباتات، فالتغيرات الجينية تحتاج إلى عقود لتظهر بوضوح.

وتقول هوارد: “كنا محظوظين أن محطة كيلوج البيولوجية بدأت هذه التجربة وحافظت عليها على مدى 30 عامًا، ما وفر لنا فرصة نادرة لرصد تطور النباتات”.

ختامًا، تُظهر لنا نباتات القولدن رود كيف يمكن لتغير بسيط مثل انحناء الساق أن يكون نتيجة قصة تطورية معقدة، وأن مغذيات بسيطة مثل النيتروجين قد تعيد تشكيل مستقبل الدفاعات النباتية لأجيال قادمة.