مقاومترین گیاه کره زمین در برابر گرما، کشاورزی را دگرگون میکند
به گزارش «سایتکدیلی» (SciTechDaily)، در دره مرگِ کالیفرنیا، جایی که دمای تابستان اغلب از ۱۲۰ درجه فارنهایت (حدود ۴۹ درجه سانتی گراد) فراتر میرود، بقا تقریبا غیرممکن به نظر میرسد. با این حال، در میان زمینهای ترکخورده و نور سوزان خورشید، گونهای بومی نه تنها زنده میماند بلکه شکوفا میشود.
این گیاه که «تیدسترومیا ابلونجیفولیا» (Tidestromia oblongifolia) نام دارد، به دانشمندان دانشگاه ایالتی میشیگان امکان داده است تا دریابند چگونه حیات میتواند در گرمایی شدید رشد کند. این کشف میتواند به پژوهشگران کمک کند تا محصولات کشاورزی را طراحی دهند که قادر به سازگاری با افزایش دما در جهان باشد.
در مقالهای جدید که در تاریخ هفتم نوامبر در نشریه «زیست شناسی کنونی» (Current Biology) منتشر شد، «سونگ یون (سو) ری، استاد ممتاز بنیاد پژوهشی دانشگاه ایالتی میشیگان و «کارین پرادو»، متخصص پژوهش این دانشگاه، توضیح میدهند که چگونه گیاه (T. oblongifolia) با تنظیم دقیق و سریع سازوکار فتوسنتز خود، در شرایط سوزان دره مرگ رشد خود را شتاب میدهد.
T. oblongifolia در حال رشد در دره مرگ، کالیفرنیا. عکس: کارین پرادو
رشد شتابان در دل گرما
برای پرادو، این پروژه با پرسشی ساده، اما بنیادین آغاز شد: «چطور این گیاه در شرایطی شاداب و سرسبز میماند که بیشتر گونهها ظرف چند ساعت میمیرند؟».
او میگوید:«وقتی نخستین بار این بذرها را به آزمایشگاه آوردیم، حتی برای رشد دادنشان با مشکل مواجه بودیم؛ اما زمانی که شرایط دره مرگ را در محفظههای رشد بازسازی کردیم، ناگهان به شدت رشد کردند».
پرادو و همکارانش در آزمایشگاه ری در مؤسسه تابآوری گیاهانِ دانشگاه ایالتی میشیگان، از محفظههایی ویژه استفاده کردند تا شدت نور و نوسانات شدید دمایی تابستان دره مرگ را بازسازی کنند.
نتیجه شگفتانگیز بود: در تنها ۱۰ روز، T. oblongifolia میزان زیستتوده خود را سه برابر کرد. در همان شرایط، گیاهان خویشاوندی که به عنوان مقاوم به گرما شناخته میشوند، رشد خود را بهطور کامل متوقف کردند.
کشف مقاومت گرمایی بیسابقه
پس از تنها دو روز قرار گرفتن در معرض دمای بسیار بالا، این گیاه آستانه فتوسنتز خود را به سطحی بالاتر منتقل کرد تا بتواند همچنان انرژی تولید کند. در کمتر از دو هفته، آنچنان به گرما خو گرفت که دمای بهینه فتوسنتز آن به ۴۵ درجه سانتی گراد رسید که از تمام گونه زراعی شناختهشده بالاتر است.
ری میگوید: «این مقاومترین گیاه در برابر گرماست که تاکنون مستند شده است. درک نحوه سازگاری T. oblongifolia با گرما، راهبردهای تازهای برای کمک به انطباق محصولات کشاورزی با سیارهای گرمتر در اختیار ما قرار میدهد».
درون گیاهی که برای بقا در شرایط غیرعادی شاخته شده است
با ترکیب آزمایشهای فیزیولوژیکی، تصویربرداری زنده و تحلیلهای ژنومی، پژوهشگران دریافتند که T. oblongifolia از طریق تغییرات زیستی هماهنگ به این مقاومت خارقالعاده دست مییابد.
وقتی این گیاه در معرض گرمای شبیه به دره مرگ قرار گرفت، میتوکندریها که مولدهای انرژی سلول هستند به کلروپلاستها، محل انجام فتوسنتز، نزدیکتر شدند. خود کلروپلاستها نیز به شکلهای منحصربهفرد «فنجانمانند» تغییر شکل دادند که پیش از این در گیاهان آوندی مشاهده نشده بود.
به گمان دانشمندان، این تغییرات ساختاری ممکن است به گیاه کمک کند تا دیاکسیدکربن را مؤثرتر جذب و بازیافت کند و تولید انرژی را در شرایط استرس حرارتی پایدار نگه دارد.
در همین حال، هزاران ژن در عرض تنها یک روز فعالیت خود را تغییر میدهند. بسیاری از این ژنها از پروتئینها، غشاها و اجزای فتوسنتزی حیاتی در برابر آسیبهای گرمایی محافظت میکنند.
همچنین این گیاه تولید آنزیمی به نام روبیسکو اکتیواز (Rubisco activase) را افزایش میدهد، آنزیمی که احتمالا باعث میشود فرایند فتوسنتز حتی در دمای بالا همچنان کارآمد بماند.
دکتر کارین پرادو در حال کار با T. oblongifolia در داخل یک محفظه رشد گیاه که برای شبیهسازی شرایط دره مرگ ساخته شده است. عکس: Sterling Field
الگویی برای کشاورزی در جهانی گرمتر
با توجه به پیشبینی افزایش دمای جهانی تا ۵ درجه سلسیوس تا پایان قرن، موجهای گرمایی در حال حاضر بازده محصولات عمدهای مانند گندم، ذرت و سویا را کاهش میدهند. همزمان با رشد جمعیت جهان، دانشمندان در جستوجوی راههایی برای افزایش تولید غذا هستند.
ری میگوید: «T. oblongifolia به ما نشان میدهد که گیاهان توانایی سازگاری با دماهای بسیار بالا را دارند. اگر بتوانیم یادبگیریم سازوکارهای آن را در محصولات زراعی بازآفرینی کنیم، کشاورزی در دنیای گرمتر میتواند دگرگون شود.»
یادگیری از بازماندگان نهایی طبیعت
ری درباره الهامگیری از این گیاه میگوید: «دهههاست که زیستشناسی گیاهی عمدتا بر گونههای مدلِ آسانکشت مانند آرابیدوپسیس یا گیاهان زراعیای همچون برنج و ذرت متمرکز بوده است؛ اما ری استدلال میکند که گیاهان بازمانده از شرایط غیرعادی (خشن)، مانند T. oblongifolia، مرزهای جدیدی برای بهبود تابآوری گیاهان گشودهاند».
او میگوید:«گیاهان بیابانی میلیونها سال صرف کردهاند تا مسائلی را حل کنند که ما تازه در آغاز مواجهه با آنها هستیم. اکنون ابزارهایی مانند ژنومیک، تصویربرداری زنده با وضوح بالا و زیستشناسی سامانهها را در اختیار داریم تا از آنها بیاموزیم. آنچه اکنون نیاز داریم، حمایت گستردهتر برای پیشبرد این نوع پژوهشهاست».
به سوی محصولات مقاوم در برابر اقلیم
آزمایشگاه ری هماکنون از این یافتهها بهره میگیرد تا بررسی کند چگونه ژنها و ساختارهای سلولیای که به T. oblongifolia مقاومت حرارتی میبخشند، میتوانند برای مقاومتر کردن محصولات زراعی اساسی به کار روند.
پرادو میگوید:«این پژوهش تنها نشان نمیدهد که یک گیاه بیابانی چگونه گرما را شکست میدهد؛ بلکه نقشهراهی ارائه میکند برای اینکه تمام گیاهان چگونه میتوانند خود را با تغییرات اقلیمی وفق دهند».
انتهای پیام/
