برای ما محسوس نیست، بااین‌حال گیاهان از طریق انتشار غبار رقیقی از ترکیبات معلق در هوا با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و از خود محافظت می‌کنند. این ترکیبات مانند رایحه‌هایی، گیاهخواران گرسنه را از خود می‌رانند و به گیاهان همسایه در مورد مهاجمان هشدار می‌دهند.
به گزارش زیستنا به نقل از Sciencealert، دانشمندان از دهه ۱۹۸۰ در مورد این سامانه دفاعی گیاهی اطلاع داشتند و از آن زمان تاکنون محققان این سامانه‌ها را در بیش از ۸۰ گونه گیاهی شناسایی کرده‌اند. اکنون، گروهی از پژوهشگران ژاپنی روش‌های تصویربرداری هم‌زمانی را برای نشان دادن چگونگی دریافت و واکنش گیاهان به این هشدارهای هوایی به کار گرفته‌اند.
این شکافی بزرگ در شناخت ما از زمزمه‌های گیاهان با هم بود. به‌عبارت‌دیگر ما می‌دانستیم گیاهان چگونه پیام می‌فرستند، اما نمی‌دانستیم که چگونه این پیام‌ها را دریافت می‌کنند.
در این مطالعه، یوری آراتانی (Yuri Aratani) و تاکویا اومورا (Takuya Uemura)، زیست‌شناسان مولکولی در دانشگاه سایتاما (Saitama University) در ژاپن و همکارانش پمپی را ایجاد کردند که ترکیبات منتشرشده از گیاهان آسیب‌دیده و آلوده به حشرات را به همسایگان آسیب‌دیده خود انتقال دهند و میکروسکوپ فلورسانسی را ساختند تا آنچه اتفاق می‌افتد را مشاهده کنند.
لاروهای کرم برگ‌خوار پنبه با نام علمی Spodoptera litura روی برگ‌های بریده‌شده از گیاهان گوجه‌فرنگی و آرابیدوپسیس تالیانا (Arabidopsis thaliana)، علف‌های هرز شایعی از خانواده خردل، قرار گرفتند و پژوهشگران واکنش‌های گیاه دوم را که سالم و دور از حشره قرار داشت به پیام‌های خطر ارسال‌شده از گیاه آسیب‌دیده را بررسی کردند.
این گیاهان علف‌های هرز معمولی نبودند؛ آن‌ها از نظر ژنتیکی تغییر یافته بودند، بنابراین سلول‌های آن‌ها دارای حسگری زیستی بود که وقتی جریانی از یون‌های کلسیم مشاهده شد، به رنگ فلورسانت سبز درمی‌آمد. پیام‌رسانی از طریق جریان کلسیم روشی است که سلول‌های انسان نیز از آن برای برقراری ارتباط استفاده می‌کنند.
در سال گذشته این گروه از روش مشابهی برای اندازه‌گیری پیام‌های کلسیم در مطالعه‌ای روی گیاهان فلورسنت Mimosa pudica استفاده کردند. این گیاهان در پاسخ به لمس شدن به‌سرعت برگ‌های خود را حرکت می‌دهند تا از مهاجمان دوری کنند.
این بار، پژوهشگران بررسی کردند که گیاهان سالم چگونه به ترکیبات فراری که در عرض چند ثانیه پس از زخمی شدن از گیاهان آسیب‌دیده آزاد می‌شوند واکنش نشان می‌دهند.
البته این شرایط همانند شرایط طبیعی نبود. این ترکیبات در یک بطری پلاستیکی تغلیظ شده بود و با سرعت ثابتی به گیاه گیرنده پمپ شدند. بااین‌وجود این شرایط به محققان اجازه داد تا ترکیبات موجود در این مخلوط محرک را تجزیه‌وتحلیل کنند.
تصویربرداری‌ها نشان داد که گیاهان صدمه‌دیده پیام‌های همسایگان مجروح خود را به‌طور واضح دریافت کرده و با انفجار پیام‌رسانی کلسیمی پاسخ دادند که این پاسخ در برگ‌های گیاهان گسترش می‌یابد.
محققان با تجزیه‌وتحلیل ترکیبات منتشرشده از گیاهان دریافتند که دو ترکیب به نام‌های Z-3-HAL و E-2-HAL پیام‌رسانی کلسیمی را در گیاه آرابیدوپسیس القا می‌کنند.
علاوه بر این پژوهشگران موفق شدند تا سلول‌هایی را که نخستین پاسخ را نشانه‌های خطر می‌دهند شناسایی کنند. آن‌ها این کار را با مهندسی گیاهان آرابیدوپسیس با حسگرهای فلورسنتی انجام دادند که به‌طور انحصاری در سلول‌های نگهبان (Guard Cells)، سلول‌های مزوفیل (Mesophyll Cells) یا سلول‌های اپیدرمی (Epidermal Cells) قرار داده شده بودند.
سلول‌های نگهبان سلول‌های لوبیایی شکلی روی سطوح گیاهان هستند که روزنه‌ها را تشکیل می‌دهند. روزنه‌ها منافذ کوچکی هستند که در زمانی که گیاه قصد دارد CO2 را از جو به درون بکشد باز می‌شوند. سلول‌های مزوفیل بافت داخلی برگ‌ها و سلول‌های اپیدرمی بیرونی‌ترین لایه یا پوست برگ‌های گیاه هستند.
هنگامی‌که گیاهان آرابیدوپسیس در معرض Z-3-HAL قرار گرفتند، سلول‌های نگهبان پیام‌های کلسیمی را در عرض حدود یک دقیقه تولید کردند و پس‌ازآن سلول‌های مزوفیل پیام را دریافت کردند.
جالب اینکه در گیاهانی که پیش‌ازاین با هورمونی گیاهی که روزنه‌ها را می‌بندد تیمار شده بودند، پیام‌رسانی کلسیمی به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافت. این امر نشان می‌دهد روزنه‌ها به‌عنوان «سوراخ‌های بینی» گیاه عمل می‌کنند.
ماساتسوگو تویوتا (Masatsugu Toyota)، زیست‌شناس مولکولی در دانشگاه سایتاما در ژاپن و نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: «ما سرانجام داستان پیچیده اینکه گیاهان در چه زمانی، در چه مکانی و چگونه به «پیام‌های هشداردهنده» منتقل‌شونده از طریق هوا از سوی همسایگان در معرض تهدید خود واکنش می‌دهند را آشکار کردیم.»
وی می‌افزاید: «این شبکه ارتباطی ظریف که از دید ما پنهان است، نقشی اساسی در حفاظت به‌موقع گیاهان همسایه در برابر تهدیدات قریب‌الوقوع ایفا می‌کند.»
این مطالعه در ژورنال Nature Communications منتشر شده است.
منبع: Sciencealert
Journal Reference:
Aratani, Yuri, Takuya Uemura, Takuma Hagihara, Kenji Matsui, and Masatsugu Toyota. “Green Leaf Volatile Sensory Calcium Transduction in Arabidopsis.” Nature Communications ۱۴, no. 1 (October 17, 2023): 6236. https://doi.org/10.1038/s41467-023-41589-9.