نسخه قابل چاپ

ساینس دیلی - نیروی جاذبه بر عادات بوم‌شناختی و سیر تکامل هر موجود زنده‌ای روی زمین مؤثر است. در گیاهان، تأثیر این نیرو پیداست: ریشه‌ها دعوت جاذبه را رد نمی‌کنند و به خاک می‌خزند؛ ساقه‌ها هم علی‌رغم این نیرو به سمت آفتاب کشیده می‌شوند. اما چگونه گیاهان به وجود این نیرو پی می‌برند و واکنش‌های‌شان را در نسبت با آن سر و سامان می‌دهند؟

گرچه گیاه‌شناسان اطلاعات هنگفتی در خصوص ساز و کار چنین واکنش‌هایی دارند، اما مقاله‌‌ای که به‌تازگی در نشریه American Journal of Botany منتشر شده و دست به تحلیل دانسته‌های‌مان این‌باره – از رهیافت‌های مکانیکی گرفته تا ژنتیکی – زده، نشان از وجود شکاف‌های متعددی در اطلاعات‌مان از جزئیات مولکولی این فرآیند می‌دهد و ایده‌های تازه‌ای را هم در رابطه با نحوه عملکرد مکانیسم‌های تعدیلی گیاهان عرضه می‌کند.

نیروی جاذبه، از جمله پایاترین محرک‌های طبیعی‌ست که گیاهان با آن مواجه‌اند. الیسون بلانکافلور (Elison Blancaflor)، نویسنده این مقاله و استاد شاخه زیست‌های گیاهی  بنیاد ساموئل رابرتز، در ایالت اوکلاهامای آمریکا، علاقه خاصی به نقش جاذبه در رشد و نمو گیاهان و بالاخص صورت‌بندی سیستم حسی و سیگنال‌دهی‌شان دارد.

طبق رایج‌ترین فرضیه موجود، اسکلت سلولی نقش عمده‌ای در این حساسیت گرانشی و ارتباط بین‌سلولی ایفا می‌کند. این اسکلت، از رشته‌هایی متشکل از پروتئین‌های آکتین و توبولین شکل‌ یافته که تحرک ماده در راستای این رشته‌ها را میسر می‌سازد. اما بحث همچنان بر سر نقش پروتئین آکتین در فرآیند جاذبه‌گرایی باقی‌ست؛ چراکه نتایج تحقیقات حاصل از حذف این پروتئین، نتایجی بر خلاف انتظار داده‌اند – به‌طوریکه به‌گفته بلانکافلور، از کار انداختن آکتین، بعضاً حتی به رشد حساسیت گرانشی منجر شد.

او می‌گوید: "گرچه فرآیند «جاذبه‌گرایی» (Gravitropism) – به‌معنی رشد پایین‌‌رونده ریشه به‌منظور کاوش بهتر خاک از برای کشف مواد مغذی و آب، و رشد بالارونده ساقه به‌منظور جذب بهتر نور – ظاهراً عکس‌العمل ساده گیاه است، اما فرآیندهای زیست‌شناختی پشت آن، پیچیده‌اند". او در این مقاله عنوان کرده که جاذبه‌گرایی، فعالیت هماهنگ سلول‌ها و بافت‌های مختلف گیاه را می‌طلبد. در گیاهان، محل تشخیص نیروی جاذبه، غالباً از محلی که فرامین رشد گیاه را صادر می‌کند، فاصله دارد. پس این دو ناحیه‌ی ‌‌مجزا، چگونه با هم ارتباط می‌گیرند و نحوه رشد گیاه را مشخص می‌کنند؟

تا به امروز، حساسیت گیاهان به نیروی جاذبه، با فرضیه «نشاسته-استاتولیت» تشریح می‌شد. مثلاً سلول‌های حساس به جاذبه در ریشه‌های گیاه، حاوی اندامک‌هایی موسوم به آمیلوپلاست هستند. آمیلوپلاست‌ها در واکنش به جاذبه، در قعر سلول ته‌نشین می‌شوند و سپس هورمون اکسین را به سایر قسمت‌های سلول ترشح کرده، و باعث کشیدگی و انحراف‌شان به سمت نیروی جاذبه می‌شوند. اما جزئیات مولکولی  نقشی که تحرکات فیزیکی و ته‌نشینی  آمیلوپلاست‌های یک مجموعه‌سلول در تولید و تجمع هورمون اکسین در یک مجموعه‌سلول دیگر دارند، همچنان در هاله‌ای از ابهام است.

طبق رایج‌ترین فرضیه موجود، اسکلت سلولی نقش عمده‌ای در این حساسیت گرانشی و ارتباط بین‌سلولی ایفا می‌کند. این اسکلت، از رشته‌هایی متشکل از پروتئین‌های آکتین و توبولین شکل‌ یافته که تحرک ماده در راستای این رشته‌ها را میسر می‌سازد. اما بحث همچنان بر سر نقش پروتئین آکتین در فرآیند جاذبه‌گرایی باقی‌ست؛ چراکه نتایج تحقیقات حاصل از حذف این پروتئین، نتایجی بر خلاف انتظار داده‌اند – به‌طوریکه به‌گفته بلانکافلور، از کار انداختن آکتین، بعضاً حتی به رشد حساسیت گرانشی منجر شد.

بلانکافلور می‌کوشد همین معضل را با تحلیل دانسته‌های فعلی‌مان راجع به عملکرد آمیلوپلاست‌ها، عوامل مؤثر بر آکتین، و همچنین یافته‌های ژنتیکی  اخیر مربوط به نقش سایر پروتئین‌ها در تنظیم آکتین و لذا کنترل توزیع هورمون اکسین، حل کند. مثلاً تحقیقات ژنتیکی  اخیری که بر گیاهی موسوم به آرابیدوپسیس صورت پذیرفته، نشان از نقش احتمالی آکتین در ارتباط گرفتن سلول‌های حساس به جاذبه با هورمون اکسین  تولیدشده در سلول‌های رشد گیاه می‌دهد.

گرچه مقاله تحلیلی بلانکافلور، به پشتوانه سال‌ها پژوهش پیگیر، مشخصاً به بررسی نحوه تأثیر یکی از اجزای سلول گیاه – یا همان اسکلت سلولی – بر کنترل فرآیند جاذبه‌گرایی می‌پردازد، اما به گفته خودش شناسایی سازوکار فرآیند جاذبه‌گرایی، تأثیر مهمی بر حوزه زراعت نیز خواهد داشت. او می‌گوید: "اطلاعات برآمده از مطالعات بنیادی مربوط به اسکلت سلولی و نحوه عکس‌العمل گیاهان به نیروی جاذبه، می‌تواند راهبردهای تازه‌ای را برای بهینه‌سازی ژنتیکی  غلات از طریق ارتقای سیستم ریشه یا ساختار کلی گیاه، ارائه کند".

علاقه بلانکافلور به جاذبه‌گرایی، از حدود جو زمین فراتر رفته و به فضا هم راه پیدا کرده: "پژوهشی که در این مقاله صحبت‌اش را کرده‌ام، مرا به بررسی نقش بی‌وزنی بر نحوه رشد و بالندگی  گیاه هم کشاند و باعث شد از خودم بپرسم آیا اسکلت سلولی  آکتینی، در فضا هم مثل زمین می‌تواند به رشد گیاه کمک کند یا نه". در واقع او قبلاً هم آزمایشاتی را به‌همراه شاتل‌های فضایی روانه فضا کرده بود و طی سال جاری میلادی نیز قرار است آزمایشات مشابهی را در رابطه با همین بحثی که در این مقاله پی گرفته، به ایستگاه فضایی بین‌المللی بفرستد.

منبع: Science Daily

در همین زمینه:

کشف ریشه‌های کوانتومی  فرآیند فتوسنتز

توضیح تصویر:

1- اسکلت سلولی  آکتینی (به رنگ سبز) و پلاستیدها (به رنگ قرمز)، که تصور می‌رود در حساسیت گیاهان به نیروی جاذبه نقش‌آفرینی می‌کنند / منبع: Elison Blancaflor, Plant Biology Division, The Samuel Roberts Noble Foundation Inc., Ardmore, OK