قد يبدو هوبارت (أستراليا) ، 27 مارس (المحادثة) ، مملًا إلى حد ما مقارنة بالتجاوزات المحمومة للحيوانات. ومع ذلك ، فإن حياة أصدقائنا في الخضار ، الذين يغذيون المحيط الحيوي بأكمله (بما في ذلك نحن) ، مليئة بالعمل المثير. إنه يتطلب فقط المزيد من الجهد لتقدير.
أحد هذه السلوكات هو الفتح الديناميكي وإغلاق ملايين الأفواه الصغيرة (تسمى Stomata) الموجودة على كل ورقة ، من خلالها “تنفس”. في هذه العملية ، سمحوا للمياه المستخرجة من التربة في مقابل ثاني أكسيد الكربون الثمين من الهواء ، والتي يحتاجون إليها لإنتاج السكر في عملية التمثيل الضوئي الذي يعمل بأشعة الشمس.
اقرأ أيضا | يتناقض دونالد ترامب في ارتباط Aadhaar-EPIC بالهند مع هوية الناخبين في الولايات المتحدة.
يمكن أن يؤدي فتح الطبق في الوقت الخطأ إلى إهدار المياه القيمة ويخاطر بتجفيف كارثي في نظام الأوعية الدموية للمصنع. تتحكم جميع نباتات الأراضي تقريبًا في الفم على وجه التحديد استجابةً للضوء والرطوبة لتحسين النمو مع تقليل مخاطر الضرر.
كيف تطورت النباتات هذا قانون التوازن غير العادي كان موضوع نقاش كبير بين العلماء. في ورقة جديدة نشرت في PNAs ، استخدمنا الليزر لمعرفة كيف يمكن أن تعمل Stomata الأولى.
صمامات صغيرة ، عواقب عالمية
يعتمد الكثير على الطريقة التي تتصرف بها Stomata: إنتاجية النبات ، وحساسية الجفاف ، وفي الواقع وتيرة دورات الكربون والماء العالمية.
ومع ذلك ، من الصعب مراقبة العمل. كل Stomata يشبه صمام صغير يعمل بالضغط. لديهم “خلايا حراسة” تحيط بالفتح أو المسام مما يتيح له بخار الماء خارج وثاني أكسيد الكربون فيه.
عندما يزداد ضغط السائل داخل خلايا حراسة Stomata ، فإنها تتضخم لفتح المسام. عندما ينخفض الضغط ، تفرغ الخلايا وتغلق المسام. لفهم سلوك Stomata ، أردنا أن نكون قادرين على قياس الضغط في خلايا الحراسة – لكن الأمر ليس بالأمر السهل.
الليزر والفقاعات والتطور
أدخل كريج برودرسن من جامعة ييل مع ليزر موجه المجهر تم تطويره حديثًا. يمكن أن يخلق فقاعات مجهرية داخل الخلايا الفردية التي تدير مسام الفم.
عندما أمضى برودرسن إجازة في جامعة تسمانيا (حيث أنا مقرها) ، وجدنا أنه يمكننا تحديد الضغط داخل خلايا الفم من خلال تتبع حجم هذه الفقاعات ومدى سرعة انهيارها. وشمل ذلك الحسابات النظرية التي يسترشد بها خبير الفقاعات فيليب مارمووتانت ، من المركز الوطني الفرنسي للبحوث العلمية (CNRs) في Grenoble.
أعطانا هذه الأداة الجديدة فرصة مثالية لاستكشاف كيف يختلف سلوك Stomata بين مجموعات النباتات الرئيسية. كان الهدف هو اختبار فرضيتنا القائلة بأن تطور السلوك الفموي يتبع مسارًا يمكن التنبؤ به عبر تاريخ تطور النبات.
نؤكد أنها بدأت بحالة مراقبة سلبية أجداد بسيطة نسبيًا ، ممثلة حاليًا في السرخس الحية والخلايا الليفية ، وتطورت إلى آلية أكثر نشاطًا للمراقبة الهرمونية التي شوهدت في الصنوبريات الحديثة والنباتات المزهرة.
في مقابل هذه الفرضية ، أبلغ بعض الباحثين سابقًا عن سلوكيات معقدة في بعض من النباتات الحاملة للستوماتا ، و Bryophytes. أردنا اختبار هذه النتيجة باستخدام أداة الليزر التي تم تطويرها حديثًا.
400 مليون سنة من التنمية
ما وجدناه كان أولاً أن تقنية التحقيق في الضغط بالليزر قد عملت بشكل جيد للغاية. لقد أجرينا ما يقرب من 500 قياسات لديناميات الضغط الفموية في غضون بضعة أشهر. كان هذا تحسنا ملحوظا على مدى السنوات الـ 45 الماضية ، حيث تم إجراء أقل من 30 قياسات مماثلة.
ثانياً ، وجدنا أن stomata من ممثلنا bryophytes (Hornworts and Mosses) تفتقر إلى أبلى الاستجابات الأساسية للضوء الموجود في جميع النباتات البرية الأخرى.
دعمت هذه النتيجة فرضيتنا السابقة التي تفيد بأن أول Stomata الموجود في أسلاف Bryophytes الحديثة قبل 450 مليون عام كان ينبغي أن يكون صمامات بسيطة للغاية. كانوا يفتقرون إلى السلوكيات المعقدة التي شوهدت في النباتات المزهرة الحديثة.
تشير نتائجنا إلى أن السلوك الثابت قد تغير بشكل كبير من خلال عملية التطور ، مع تسليط الضوء على التغييرات الحرجة في الوظائف التي يتم الحفاظ عليها في مجموعات نباتات الأراضي الرئيسية المختلفة التي تعيش حاليًا في الأرض.
كيف ستنجو النباتات في المستقبل
يمكننا الآن أن نقول بثقة أن Stomata في الطحلب ، السرخس ، الصنوبريات والنباتات المزهرة جميعها تتصرف بطرق مختلفة للغاية. هذا له طائرة طبيعية مهمة: سوف يستجيبون جميعًا بشكل مختلف عن التغيرات في درجة حرارة الغلاف الجوي وتوافر الماء الذي يواجهونه الآن وفي المستقبل القريب. إن التنبؤ بسلوك الفم في المستقبل سيساعدنا على التنبؤ بهذه الآثار وتسليط الضوء على ضعف النبات.
فيما يتعلق بالمنفعة الزراعية ، يجب أن تكون طريقة الليزر الجديدة سريعة وحساسة بما يكفي للكشف عن الاختلافات الصغيرة في سلوك النباتات ذات الصلة الوثيقة. قد يساعد هذا في تحديد متغيرات المحاصيل التي تستخدم المياه بطريقة أكثر كفاءة أو إنتاجية ، والتي ستساعد مربي النباتات على العثور على أصناف تترجم بشكل أفضل بشكل متزايد لمياه التربة التي لا يمكن التنبؤ بها إلى طعام.
لذلك في المرة القادمة التي تنظر فيها إلى ورقة ، فكر في الوتيرة المحمومة للحساب الديناميكي وتعديل الملايين من الأفواه الصغيرة ، ورد على أنفاسك عليها. ندرك أن مصيرنا ، المرتبط بأداء الغابات والمحاصيل في المناخات المستقبلية ، معلقة على سلوك stomata من الأنواع المختلفة. سبب وجيه لفهم هذه الصمامات الصغيرة المتواضع. (المحادثة)
(هذه قصة غير محررة وإنشاء تلقائيًا من موجز الأخبار المشترك ، قد لا يكون آخر الموظفين قد قاموا بتعديل أو تحرير هيئة المحتوى)
