النباتات متعطشة للماء ، مثلنا تمامًا مثل الحيوانات ، ولكن بالضبط كيف تمتص الماء من خلال أنسجتها ظل لغزًا بعض الشيء ، حيث إن محاولة رؤيته يحدث يغير العملية.
بتطبيق تقنية تصوير لطيفة بطريقة جديدة ، تمكن عالم الفيزياء بجامعة نوتنغهام فلافيوس باسكوت وفريقه من مراقبة الأجزاء الداخلية للنباتات في العمل أثناء شربهم في الوقت الفعلي.
“لقد طورنا طريقة تسمح لنا بمراقبة هذه العملية على مستوى الخلايا الفردية” ، وأشار عالم الفيزيولوجيا الكهربية بجامعة نوتنغهام كيفن ويب. “لا يمكننا رؤية الماء يرتفع داخل الجذر فحسب ، بل يمكننا أيضًا رؤية أين وكيف يتحرك.”
لا يعتبر الماء بحد ذاته ضروريًا للنباتات فحسب ، بل إنه يعمل أيضًا كوسيلة لنقل العناصر الغذائية المهمة الأخرى والمعادن والجزيئات الحيوية في الهياكل الحية. يمكن أن يكون للكفاءة التي تستطيع بها النباتات نقل السائل الثمين تأثير كبير على قدرتها على تحمل الظروف البيئية القاسية.
وأوضح ويب “لمراقبة امتصاص النباتات الحية للماء دون إتلافها ، قمنا بتطبيق تقنية مجهرية ضوئية حساسة لليزر لرؤية حركة الماء داخل الجذور الحية بشكل غير جراحي ، وهو ما لم يحدث من قبل”.
من خلال الكشف عن كيفية تشتت فوتونات الضوء من مصدر ليزر ضيق ، مطيافية رامان المجهري يوفر التصوير في الوقت الفعلي على المستوى الجزيئي في ظل الظروف الطبيعية دون الحاجة إلى وضع العلامات الجزيئية.
هذه التقنية حساسة للغاية بحيث يمكنها اكتشاف كتلة واتجاه الروابط الجزيئية. هذا يعني أنه يمكن توفير التباين باستخدام جزيئات تبرز من محيطها – في هذه الحالة ، أكسيد الديوتيريوم ، المعروف باسم الماء الثقيل ، بدلاً من الماء العادي. الديوتيريوم هو نظير للهيدروجين يحتوي على نيوترون واحد بالإضافة إلى البروتون الوحيد المعتاد للهيدروجين العادي ، مما يضاعف كتلته.
على الرغم من أن الماء الثقيل له خصائص مختلفة قليلاً ، إلا أنه يشبه الماء العادي بدرجة كافية بحيث لا يغير الأشياء من الناحية الفسيولوجية بكميات صغيرة.
كشف الفحص عن نبضة ماء ثقيل خلال 80 ثانية من تعرض جذور الباحثين النبات الأكثر دراسة، ثاليوس الجرجير (نبات الأرابيدوبسيس thaliana). تناوب باسكوت والفريق بين تعريض النبات المزهر للماء العادي والماء الثقيل لملاحظة كيفية تحرك الماء الجديد عبر أنسجة النبات.
والغريب أن الباحثين اكتشفوا فقط الماء الممتص من الجزء الداخلي للجذور ، حيث يحمل الماء أنسجة الجذر. نسيج يحدث ، مما يدل على أن امتصاص الماء الأولي هذا لا يتم مشاركته مع الأنسجة المحيطة لأنه يصعد من الجذور إلى بقية النبات.
يعتقد الباحثون أن هذا يعني أن هناك “عالمين مائيين” داخل النبات وأن نظام توصيل المياه الثاني يوزع الماء على هذه الأنسجة الخارجية.
ستساعدنا القدرة على مراقبة هذه العملية على فهمها وتخطيط المحاصيل بشكل أفضل للمستقبل المضطرب الذي نواجهه.
“الهدف هو زيادة الإنتاجية الغذائية العالمية من خلال فهم واستخدام أنواع مختلفة من النباتات مع أفضل فرصة للبقاء والتي يمكن أن تكون الأكثر إنتاجية في أي بيئة معينة ، بغض النظر عن مدى رطوبة أو جفافها.” ، وأشار ويب.
يعمل باسكوت والفريق على تطوير نسخة محمولة من تقنية التصوير للسماح بدراسات ميدانية أكثر سهولة ، ويعتقدون أيضًا أنه يمكن استخدام هذه التقنية في أجهزة مراقبة الرعاية الصحية ، على الرغم من أن خلايانا أصغر بكثير من تلك الموجودة في النباتات.
ولكن في الوقت الحالي ، “يعد هذا بمساعدتنا في الإجابة على أسئلة مهمة مثل – كيف تشعر النباتات بتوفر المياه؟ ” يشرح مالكولم بينيت ، عالم نبات في جامعة نوتنغهام.
“الإجابات على هذا السؤال ضرورية لتصميم ثقافات مستقبلية أكثر ملاءمة للتحديات التي نواجهها. تغير مناخي وتغيرت أحوال الطقس “.
تم نشر هذا البحث في التواصل مع الطبيعة.
