وجدت دراسة أن الحركات غير المنتظمة لعباد الشمس تساعدهم في تحديد موقع ضوء الشمس، مما يوفر نظرة ثاقبة لسلوك النبات والفوائد الزراعية المحتملة.
في دراسة جديدة، ربما كشف فيزيائيون من الولايات المتحدة وإسرائيل سر السلوك الغريب في النباتات النامية، وهو ما أثار اهتمام تشارلز داروين نفسه في العقود الأخيرة من حياته.
بالنسبة للعديد من البشر، يمكن أن تبدو النباتات ساكنة وحتى مملة بعض الشيء. لكن النباتات الخضراء تتحرك كثيرًا. إذا شاهدت مقطع فيديو بفاصل زمني لنبتة عباد الشمس تخرج من الأرض، على سبيل المثال، فهي لا تنمو بشكل مستقيم. وبدلاً من ذلك، مع نمو عباد الشمس، يدور تاجه ويدور ويتحول إلى مفتاح، ويهتز عمومًا، وإن كان ذلك ببطء شديد.
واكتشف الباحثون، بقيادة أوريت بيليج من جامعة بولدر وياسمين ميروز من جامعة تل أبيب، دوراً لهذه الحركات الفوضوية، والمعروفة أيضاً باسم “الدوران”. وفي تجارب الدفيئة والمحاكاة الحاسوبية، أظهرت المجموعة أن عباد الشمس يستفيد من الدوران للبحث في بيئته عن مناطق ضوء الشمس.
قال بيليج، المؤلف المشارك في الدراسة والأستاذ المرتبط بمعهد بيوفرونتيرز وقسم التكنولوجيا: “الكثير من الناس لا يأخذون في الاعتبار حقًا حركة النباتات، لأننا كبشر، عادة ما نلاحظ النباتات بمعدل إطار خاطئ”. علوم الكمبيوتر.
نشر الفريق النتائج التي توصل إليها في 15 أغسطس في المجلة الفحص البدني
يمكن لهذه النتائج أن تساعد المزارعين يومًا ما على تطوير استراتيجيات جديدة لزراعة مجموعة من المحاصيل بشكل أكثر كفاءة.
وقالت شانتال نغوين، المؤلفة الرئيسية وباحثة ما بعد الدكتوراه في BioFrontiers: “يقوم فريقنا بالكثير من العمل بشأن التفاعلات الاجتماعية داخل أسراب الحشرات والمجموعات الحيوانية الأخرى”.
“لكن هذا البحث مثير بشكل خاص لأننا نلاحظ ديناميكيات مماثلة في النباتات. إنهم متجذرون في الأرض. »
خيار داروين
وأضاف نجوين أن النباتات لا تتحرك عادةً مثل الحيوانات، ولكنها تتحرك بدلاً من ذلك عن طريق النمو في اتجاهات مختلفة مع مرور الوقت. هذه الظاهرة سحرت داروين بعد فترة طويلة من عودته من رحلته على متن سفينة HMS Beagle، وفقا للروايات التاريخية.
في ستينيات القرن التاسع عشر، كان داروين، الذي كان يعاني من أمراض مختلفة تحد من حركته، يقضي أيامًا كاملة في مراقبة النباتات في المنزل. وزرع بذور الخيار وغيره صِنفثم رسموا كيفية تحرك تيجانهم من يوم لآخر: فالخرائط الناتجة تبدو جامحة وعشوائية.
“أستمتع كثيرًا بالمحلاق – إنه بالضبط نوع العمل التفصيلي الذي يناسبني.” كتب إلى صديق في عام 1863.
سواء كان داروين مستمتعًا أم لا، لم يتمكن من تفسير سبب التواء بعض محلاقه.
إنه لغز حيّر ميروز، عالمة الفيزياء بالتدريب. دراسة 2017 لقد وجهته الفكرة إلى الاتجاه الصحيح. قام علماء بقيادة جامعة بوينس آيرس بزراعة صفوف من عباد الشمس في ظروف ضيقة. واكتشفوا أن النباتات رتبت نفسها بشكل طبيعي ومنتظم في نمط متعرج، تقريبا مثل أسنان السحاب. من المحتمل أن يساعد هذا الترتيب النباتات على زيادة وصولها إلى ضوء الشمس كمجموعة.
وتساءل ميروز عما إذا كانت حركات النباتات هي التي تقود أنماط نمو النباتات هذه.
يوضح ميروز، أستاذ علوم النبات والسلامة الغذائية: “بالنسبة للنباتات المتسلقة، من الواضح أنه يتعين عليك البحث عن دعامات للتشبث بها”. “ولكن بالنسبة للنباتات الأخرى، ليس من الواضح حقًا لماذا يستحق الأمر ذلك.” »
هنا الشمس
لمعرفة ذلك، قامت هي وزملاؤها بزراعة زهور دوار الشمس عمرها خمسة أسابيع في صفوف. وبعد ذلك، كما فعل داروين من قبلهم، رسموا خريطة لحركة النباتات على مدار أسبوع.
بعد ذلك، قام نغوين وبيليج بتطوير برنامج كمبيوتر لتحليل أنماط نمو عباد الشمس. وتمكن الباحثون أيضًا من استخدام عمليات المحاكاة الحاسوبية الخاصة بهم لمعرفة ما سيحدث إذا تحركت عباد الشمس أكثر أو أقل، وبعبارة أخرى إذا تحركت بشكل عشوائي أو ببطء وثبات.
إذا لم تتحرك النباتات الرقمية على الإطلاق، فقد وجد الباحثون أنها ستتحرك جميعًا في النهاية بعيدًا عن بعضها البعض في خط مستقيم. وإذا تحركوا كثيرًا، على العكس من ذلك، فسوف ينموون بشكل عشوائي. إذا تحركت بالقدر المناسب من العشوائية، فإن عباد الشمس سيشكل ذلك الخط المتعرج المميز الذي، في النباتات الحقيقية، يوفر سهولة الوصول إلى ضوء الشمس. وأوضح نجوين أن النباتات تبدو وكأنها تتحرك في اتجاه دائري للعثور على المكان الذي يأتي منه أفضل ضوء، ثم تنمو في هذا الاتجاه.
وقالت: “عندما تضيف القليل من الضوضاء إلى النظام، فإن ذلك يسمح للمصنع باستكشاف بيئته والاستقرار في هذه التكوينات التي تسمح لكل مصنع بالعثور على أقصى قدر من التعرض للضوء”. “وهذا يؤدي إلى هذا النمط المتعرج الجميل الذي نراه. »
وفي التجارب المستقبلية، سيختبر الباحثون كيفية نمو عباد الشمس في تكوينات أكثر تعقيدًا. ميروز، من جانبها، سعيدة برؤية النباتات معروفة لدورها القيادي والنشط.
وقالت: “إذا عشنا جميعًا في نفس المقياس الزمني للنباتات، فيمكننا السير في الشارع ورؤيتها تتحرك”. “ربما سيكون لدينا جميعًا نباتات كحيوانات أليفة.” »
المرجع: “الدوران الصاخب يسهل تجنب الظل المنظم ذاتيًا في عباد الشمس” بقلم شانتال نجوين وإيمري درومي وأهرون كمبينسكي وغابرييلا إي سي غال وأوريت بيليج وياسمين ميروز، 15 أغسطس 2024، الفحص البدني.
دوى: 10.1103/PhysRevX.14.031027
