كشفت دراسة أن الحركات غير المنتظمة لزهرة عباد الشمس تساعد في اكتشاف ضوء الشمس، مما يوفر نظرة ثاقبة لسلوك النبات والفوائد الزراعية المحتملة.
في دراسة جديدة، ربما يكون فيزيائيون من الولايات المتحدة وإسرائيل قد وصلوا إلى جوهر السلوك الغريب للنباتات النامية، والغموض الذي أذهل تشارلز داروين نفسه في وقت متأخر من حياته.
بالنسبة للعديد من الأشخاص، قد تبدو النباتات ثابتة ومملة بعض الشيء. لكن الأشياء الخضراء تتحرك كثيرًا في الواقع. إذا شاهدت مقطع فيديو لشتلات عباد الشمس وهي تخرج من التربة، على سبيل المثال، فإنها لا يتم تصويرها بشكل مستقيم. على العكس من ذلك، عندما ينمو عباد الشمس، يدور تاجه في دوائر، ويتحول إلى مفاتيح، ويهتز بشكل عام، وإن كان ببطء شديد.
الآن، اكتشف الباحثون بقيادة أوريت بيليك من جامعة كولورادو بولدر وياسمين ميروز من جامعة تل أبيب دورًا لهذه الحركات الفوضوية، والمعروفة أيضًا باسم “الدورة الدموية”. وفي تجارب الدفيئة والمحاكاة الحاسوبية، أظهر الفريق أن عباد الشمس يستفيد من البيئة من خلال البحث عن بقع من ضوء الشمس.
وقال بيليج، المؤلف المشارك للدراسة والأستاذ المشارك في BioFrontiers: “الكثير من الناس لا يفكرون حقًا في حركة النباتات، لأننا نحن البشر عادة ما نرى النباتات في معدل إطارات خاطئ”. معهد وقسم علوم الحاسوب.
نشر الفريق النتائج التي توصل إليها في 15 أغسطس في المجلة الفحص البدني X.
ستساعد النتائج المزارعين يومًا ما على التوصل إلى استراتيجيات جديدة لزراعة مجموعة من المحاصيل بترتيبات أكثر كفاءة.
وقالت شانتال نغوين، المؤلفة الرئيسية وباحثة ما بعد الدكتوراه في BioFrontiers: “تقوم مجموعتنا بالكثير من العمل بشأن التفاعلات الاجتماعية في أسراب الحشرات ومجموعات أخرى من الحيوانات”.
“لكن هذا البحث مثير بشكل خاص لأننا نرى ديناميكيات مماثلة في النباتات. فهي متجذرة في الأرض.”
خيار داروين
وأضاف نجوين أن النباتات بشكل عام لا تتغير مثل الحيوانات، ولكنها تتحرك بدلاً من ذلك عن طريق النمو في اتجاهات مختلفة مع مرور الوقت. هذه الظاهرة فتنت داروين بعد عودته من رحلته على متن سفينة HMS Beagle. بحسب الروايات التاريخية.
في ستينيات القرن التاسع عشر، أمضى داروين، الذي عانى لاحقًا من أمراض مختلفة حدت من حركته، أيامًا في رعاية النباتات في منزله. زرع الخيار والبذور الأخرى صِنفثم اكتشفوا كيف تتحرك تيجانهم من يوم لآخر، وبدت الخرائط الناتجة جامحة وفوضوية.
“أنا سعيد جدًا بميولي، إنها وظيفة سيئة تناسبني أكثر.” كتب إلى صديق في عام 1863.
سواء استمتعت بالأمر أم لا، لم يتمكن داروين من تفسير سبب تحريف بعض ميوله.
لقد كان لغزا حير الفيزيائي ميروس بالتدريب. دراسة 2017 وأشار لها في الاتجاه الصحيح. وفي هذه الدراسة، قام العلماء بقيادة جامعة بوينس آيرس بزراعة خطوط عباد الشمس في ظل ظروف قاسية. رتبت النباتات نفسها بشكل طبيعي ومستمر في نمط متعرج، تقريبًا مثل أسنان السحاب. يساعد هذا الترتيب النباتات كمجموعة على زيادة وصولها إلى ضوء الشمس.
وتساءل ميروس عما إذا كانت حركات النبات هي المحرك الذي يقود مثل هذه الأنماط في نمو النبات.
يقول ميروس، أستاذ علوم النبات والأمن الغذائي: “بالنسبة للنباتات المتسلقة، من الواضح أنها تبحث عن دعم للتمسك به. لكن بالنسبة للنباتات الأخرى، ليس من الواضح سبب استحقاق ذلك”.
هنا تأتي الشمس
لمعرفة ذلك، قامت هي وزملاؤها بزراعة خمس زهور عباد الشمس عمرها أسبوع واحد في صفوف. ثم، كما فعل داروين، رسموا خريطة لكيفية تحرك النباتات على مدار أسبوع.
بعد ذلك، قام نغوين وبيليج بتطوير برنامج كمبيوتر لتحليل الأنماط الكامنة وراء نمو عباد الشمس. يمكن للباحثين استخدام عمليات المحاكاة الحاسوبية الخاصة بهم لمعرفة ما يحدث إذا تحركت زهور عباد الشمس أكثر أو أقل، وبعبارة أخرى، إذا تحركت بشكل غير منتظم أو في نمط بطيء وثابت.
اكتشف الفريق أنه إذا لم تتحرك النباتات الرقمية، فإنها تميل جميعها نحو بعضها البعض في خط مستقيم. وإذا تحركوا أكثر من اللازم، على العكس من ذلك، فسوف ينموون بشكل غير متساو. ومع ذلك، إذا تحركت بالقدر المناسب من العشوائية، فإن عباد الشمس يشكل نمطًا متعرجًا يوفر، في النباتات الواقعية، مزيدًا من الوصول إلى ضوء الشمس. وأوضح نجوين أن النباتات تبدو وكأنها تتحرك للعثور على المكان الذي يأتي منه أفضل ضوء، ثم تنمو في هذا الاتجاه.
وقال: “عندما تضيف بعض الضوضاء إلى النظام، فإنها تسمح للنبات باستكشاف المناطق المحيطة به والاستقرار في الهياكل التي تسمح لكل مصنع بالعثور على أقصى قدر من التعرض للضوء”. “وهذا يؤدي إلى هذا النمط المتعرج اللطيف الذي نراه.”
وفي التجارب المستقبلية، سيختبر الباحثون كيفية نمو عباد الشمس في ترتيبات أكثر تعقيدًا. ميروس، من جانبها، سعيدة برؤية النباتات تحصل على بعض الفضل في كونها المحرك والهزاز كما هي بالفعل.
وقال: “إذا عشنا جميعا مثل النباتات في نفس الوقت، فيمكنك المشي في الشارع ورؤيتها تتحرك”. “ربما ينبغي لنا جميعا أن نحتفظ بالنباتات كحيوانات أليفة.”
المرجع: شانتال نجوين، إيمري درومي، أهرون كمبينسكي، غابرييلا إيزي كول، أوريت بيليك، وياسمين ميروز، “دوائر الضوضاء تمكن من تجنب الظل المنظم ذاتيًا في عباد الشمس”، 15 أغسطس 2024. الفحص البدني X.
دوى: 10.1103/PhysRevX.14.031027
