عندما تسحب النباتات الماء من جذورها لتغذية سيقانها وأوراقها، فإنها تنتج إمكانات كهربائية يمكن تسخيرها كمصدر للطاقة المتجددة.
ومع ذلك، مثل جميع الكائنات الحية، تخضع النباتات لإيقاع الساعة البيولوجية – الساعة البيولوجية التي تمر عبر دورات النهار والليل وتؤثر على العمليات البيولوجية.
الكهرباء الحيوية في النباتات
في النباتات، تتضمن هذه الدورة اليومية التقاط الطاقة الضوئية لعملية التمثيل الضوئي وامتصاص الماء والمواد المغذية من التربة أثناء النهار وإبطاء عمليات نموها ليلاً.
قامت دراسة حديثة أجراها المعهد الهندي للتكنولوجيا (IIT) Kharagpur بتفصيل كيفية إنتاج العمليات البيولوجية للجهد الكهربائي في النباتات وتأثير التغيرات الدورية ليلا ونهارا على هذا الجهد.
الطاقة المستدامة من النباتات
وقال المؤلف الرئيسي سومان تشاكرابورتي، وهو مهندس ميكانيكي في المعهد الدولي للتكنولوجيا: “إن إمكانية التدفق هذه، وهي في الأساس نتيجة للطاقة الطبيعية المجمعة في المصنع، توفر مصدر طاقة متجددًا مستمرًا ويمكن أن يكون مستدامًا لفترات طويلة”،”السؤال الذي أردنا الإجابة عليه هو ما مقدار الإمكانات التي يمكن أن تنتجها، وكيف تتأثر الإمكانات الكهربائية بالساعة البيولوجية؟”
إيقاع تدفق الطاقة في النباتات
لمعرفة ذلك، أدخل العلماء في الدراسة التي تم نشرها في مجلة فيزياء السوائل، أقطابًا كهربائية في سيقان زهور صفير الماء وربطوا خزانات بأقطاب كهربائية بقطع من الخيزران المحظوظ ليفحصوا عن كثب كيفية تغير الجهد الكهربائي اعتمادًا على أنواع الأيونات، وتركيز الأيونات، ودرجة الحموضة للسائل المتدفق عبر النباتات.
وقال تشاكرابورتي: “كانت لحظة اكتشافنا عندما أظهرت تجاربنا الأولى أنه من الممكن إنتاج الكهرباء بإيقاع دوري والربط الدقيق بين هذا والإيقاع اليومي المتأصل في المصنع”. “يمكننا أن نحدد بدقة كيفية ارتباط ذلك بنتح الماء والأيونات التي يحملها النبات عبر صعود النسج”.
إمكانية التدفق الكهربائي
حددت الدراسة استجابة الجهد الناشئ عن حركة الأيونات عبر مسارات النبات التي تتماشى بشكل فريد مع إيقاعات النبات اليومية.
اكتشف الباحثون، أن النباتات يمكنها أن تعدل بشكل فعال تدفق السوائل بالتزامن مع دورات النهار والليل، ووجدوا أيضًا أن احتمال التدفق الكهربائي يزداد مع انخفاض تركيز الأيونات أو زيادة الرقم الهيدروجيني في السائل.
يمكن للنباتات أن تساعد في معالجة أزمة الطاقة
وأوضح تشاكرابورتي: “لم نقم فقط بإعادة اكتشاف الإيقاع الكهربائي للمحطة، وتوضيحه من حيث الفولتية والتيارات، ولكننا قدمنا أيضًا نظرة ثاقبة حول إمكانية الاستفادة من إنتاج الطاقة الكهربائية من النباتات بطريقة مستدامة دون أي تأثير بيئي أو تعطيل للنظام البيئي”. .
“يمكن أن تساعد النتائج في تطوير أنظمة محاكاة حيوية مستوحاة من الطبيعة يمكنها معالجة أزمة الطاقة العالمية من خلال حل مستدام وصديق للبيئة حيث لا تؤدي زراعة شجرة إلى تخفيف أزمات تغير المناخ وتدهور الجودة البيئية فحسب، بل توفر أيضًا طريقة لتسخير الكهرباء منها».
الجهد الكهربي في النباتات
يشير الجهد الكهربائي في النباتات إلى الإمكانات الكهربائية الحيوية التي تحدث بشكل طبيعي داخل أنسجة النبات، تعد هذه الإشارات الكهربائية جزءًا من الطريقة التي تدير بها النباتات العمليات الداخلية وتستجيب لبيئتها.
يرجع وجود اختلافات الجهد في النباتات إلى التدرجات الأيونية عبر الأغشية الخلوية، تمامًا مثل العمليات الكهربائية الحيوية في الخلايا الحيوانية والبشرية.
إشارات الإجهاد
على سبيل المثال، عندما يتعرض النبات للإصابة أو الإجهاد بسبب العوامل البيئية مثل القطع أو الحرق، يمكن اكتشاف التغيرات في الإمكانات الكهربائية.
غالبًا ما تكون هذه التغييرات بمثابة إشارات يمكن أن تنتشر إلى أجزاء أخرى من النبات، مما يؤدي إلى بدء الاستجابات الفسيولوجية مثل شفاء الجروح، أو التغيرات في النمو، أو الآليات الدفاعية ضد الآفات والأمراض.
الاتصالات النباتية
علاوة على ذلك، تشير بعض الأبحاث إلى أن هذه الإشارات الكهربائية قد تساعد النباتات على توصيل حالات الضيق أو الحالات الفسيولوجية بين أجزاء مختلفة من نفسها، أو حتى مع النباتات الأخرى، على الرغم من أن هذا المجال من الدراسة لا يزال استكشافيًا تمامًا.
تعتبر هذه الظواهر الكهربية الحيوية مفيدة لفهم كيفية تفاعل النباتات مع بيئتها وإدارة وظائفها الداخلية دون وجود جهاز عصبي، مما يسلط الضوء على مدى تعقيد الحياة النباتية وقدرتها على التكيف.
