هوش در گیاهان
- هوش در گیاهان:
- ساقه ی در حال رشد می تواند با کمک پرتوهای مادون قرمز، نزدیک ترین همسایه های رقیب خود را حس کند و پیامد کارهای آن ها را پیش بینی کند و اگر لازم باشد، به شیوه ای از رخ دادن آن پیامدها پیش گیری کند. برای مثال، هنگامی که همسایه های رقیب به نخل استیلت (Stilt) نزدیک می شوند همه ی گیاه به سادگی جابه جا می شود.
- چون گیاهان خاموش و بی جنبش به چشم می آیند و در یک جا ریشه دوانده اند، زیاد تیز هوش و زرنگ به نظر نمی رسند. اما گیاهان نیز جنبش دارند و به برانگیزاننده های پیرامون خود پاسخ می دهند.
- گیاهان با حساسیت چشمگیری دست کم ۱۵ متغیر محیطی گوناگون را پیوسته بررسی می کنند. آن ها می توانند این پیام های ورودی را پردازش کنند و با کمک دسته ای از مولکول ها و راه های پیام رسانی، خود را برای پاسخ درست آماده سازند.
- ساقه ی در حال رشد می تواند با کمک پرتوهای مادون قرمز، نزدیک ترین همسایه های رقیب خود را حس کند و پیامد کارهای آن ها را پیش بینی کند و اگر لازم باشد، به شیوه ای از رخ دادن آن پیامدها پیش گیری کند. برای مثال، هنگامی که همسایه های رقیب به نخل استیلت (Stilt) نزدیک می شوند همه ی گیاه به سادگی جابه جا می شود.
- ریزوم برخی گیاهان علفی با رشد کردن به سوی بخش بدون رقیب و یا سرشار از مواد غذایی، جای زندگی خود را بر می گزیند. سس که نوعی گیاه انگل است، طی یک یا دو ساعت پس از نخستین برخوردش با گیاه میزبان، توانایی بهره برداری از آن را می سنجد.
-
دوری از سایه
- ساقه ی در حال رشد می تواند با کمک نور مادون قرمز، نزدیک ترین همسایه های رقیب خود را حس کند و پیامد کارهای آن ها را پیش بینی کند و اگر نیاز باشد، به شیوه ای از رخ دادن آن پیامدها پیش گیری کند. این فرایندها را مولکول هایی به نام فیتوکروم میانجی گری می کنند. فیتوکروم ها، گیرنده ها و حسگرهای نور در گیاهان هستند.
- هر فیتوکروم از یک بخش دریافت کننده ی نور و یک بخش دگرگون کنند ی پیام تشکیل شده است. بخش دریافت کننده ی نور ساختمان تتراپیرولی دارد و از راه اسید آمینه ی سیستئین به بخش دگرگون کننده که گونه ای پروتئین است، پیوند می شود. فیتوکروم در پاسخ به طول موج های گوناگون نور، به شکل کارا و ناکارا درمی آید. شکل ناکارا (Pr) پس از جذب فوتون های قرمز به شکل کارا (Pfr) در می آید. Pfr که فوتون های مادون قرمز را بهتر دریافت می کند، در پاسخ به این طول موج ها به Pr دگرگونه می شود.
-
ساز و کار فیتوکروم
- در نور خورشید، نسبت نور قرمز به مادون قرمز، نزدیک ۲/۱ است. اما در یک جامعه ی گیاهی این اندازه کاهش می یابد، زیرا رنگیزه های فتوسنتزی، از جمله کلروفیل، نور قرمز را جذب می کنند. تغییر در نسبت نور قرمز به مادون قرمز شاخص قابل اطمینانی برای ارزیابی نزدیکی گیاهان رقیب است. در جامعه های فشرده پرتوهای مادون قرمز که از برگ های گیاهان بازتاب می یابند یا پراکنده می شوند، پیام روشن و منحصر به فردی است که از نزدیکی رقیبان آگاهی می دهد. پس از درک نسبت پا یینی از نور قرمز به قرمز دور، گیاهی که از سایه دوری می گزنید (گیاه آ فتاب پسند) بر رشد طولی خود می افزاید و اگر ترفنندهایش کارگر افتند، جنبه های دیگر پاسخ دوری از سایه باعث شتاب گرفتن گلدهی و تولید پیش از زمان دانه می شوند تا بخت ماندگاری افزایش یابد.
- دانشمندان در آزمایشی گروهی از گیاهان را زیر فیلتری پرورش دادند که نسبت نور قرمز به قرمز دور را کاهش می داد و بنابراین، پاسخ دوری از سایه را بر می انگیخت. این گیاهان نسبت به گیاهانی که زیر نور کامل خورشید می روییدند، رشد طولی بیش تری پیدا کردند. البته، اندازه ی رشد طولی به اندازه ی آفتاب پسندی گیاه ارتباط دارد. گیاهان صحرایی نسبت به گیاهانی که به طور معمول در سایه ی درختان چنگل می رونید، رشد طولی بیش تری پیدا کردند.
- فیتوکروم ها اغلب فعالیت پروتئین کنیازی را از خو د نشان می دهند. این مولکول ها با پیوند زدن گروه های فسفات به پروتئین ها، فعالیت آن ها را تغییر می دهند. بر این اساس، آن ها با تغییر فعالیت پروتئین هایی که در تنظیم ژن ها دخالت دارند، بر فعالیت آن ها تاثیر می گذارند. ژن های زیادی در گیاهان شناخته شده اند که از راه فیتوکروم در پاسخ به نور تنظیم می شوند. البته، فیتوکروم ها بخشی از پاسخ های زیستی را از راه تغییرهایی در تعادل یون ها در سلول پدید می آورند.
-
تکامل فیتوکروم ها
- توان درک نسبت نور قرمز به قرمز دور، در نهاندانگان رشد چشمگیری پیدا کرده است. سرخس ها و خزنده ها به طور معمول با واکنش های بردباری به سایه، به انبوهی جامعه گیاهی پاسخ می دهند. بازدانگان تا اندازه ای واکنش های دوری از سایه را نشان می دهند. شاید تکامل توان شناسایی پیام های نوری که از گیاهان پیرامون بازتاب می یابد، برای پیشرفت نهاندانگان تا وضعیت کنونی که در فرمانروی گیاهان حرف اول را میزنند، سرنو شت ساز بوده است. اگر فیتوکروم ها نبودند هنوز هم گیاهان دوران کربونیفر ما را در بر گرفته بودند.
- فیتوکروم ها در آغاز در نیاکان پروکاریوتی گیاهان امروزی به وجود آمدند. به نظر می رسد در آن ها به صورت حسگرهای نور کار می کردند. شاید توانایی بی نظیر فیتوکروم ها در دگرگونه شدن به شکل های کارا و ناکارا در پاسخ به کیفیت نور، در پروکاریوت های آغازین اهمیت کارکردی زیادی نداشته است، اما این ویژگی طی تکامل گیاهان خشکی، گزینش و اصلاح شده و به صورت حسگر پیچیده ای در آمده است که اهمیت آن با اهمیت بینایی در جانوران برابری می کند. به عبارت دیگر، شاید بتوان فیتوکروم ها را چشم های گیاهان به شمار آورد.
-
فرار از سایه
- گیاهان برای دوری از چتر سایه انداز همسایگان خود، می توانند به کارهای چشم گیرتری دست بزنند. برای مثال، نخل استیلت (Socratea exorthiza) ساقه ای دارد که مانند شخصی که عصا زیر بغل دارد، بر ریشه های عصا مانند گیاه تکیه دارد و اغلب نیز به طور مستقیم با زمین تماس ندارد. نام معمولی این گیاه نیز به همین ویژگی اشاره دارد. (واژه استیلت به معنای پایه و تکیه گاه است.) از این رو، این گیاه استوایی را می توان نخل پایه دار نامید.
- هنگامی که همسایگان نخل پایه دار بر میزان نور دریافتی گیاه تاثیر می گذارند یا به منبع غذایی آن دست درازی می کنند، نخل فرار را برقرار تریجح می دهد و همه ی گیاه به جایی جابه جا می شود که بسیار آفتابی است. برای این جابه جایی ریشه های تکیه گاهی جدید به سوی جای آفتابی رشد می کنند و ریشه های طرف سایه انداز شده,،آرام آرام می میرند. در این رفتار گیاه، به خوبی هدف دار کار کردن را می بینیم.
-
در جست و جوی غذا
- گیاهان در جست و جوی مواد غذایی می توانند خاک پیرامون خود را ارزیابی کنند و به جاهایی سر بکشند که بهترین چیزها در آن جا یافت می شوند. دانشمندان به تازگی برای گیاهان آزمون های هوشی را سامان داده اند که به کمک آن ها می توان دریافت گیاهان در کندوکاو پرامون شان تا چه اندازه ای خردمندانه کار می کنند. آنان با کاشتن گیاهان در خاک ناهمگون، یعنی خاکی که قطعه های آن از نظر کیفیت مواد غذایی با هم تفاوت دارند، هوش گیاهان را می سنجد.
- پیچک باغی (Glechoma hederace) توجه گیاه شناسان را به خود جلب کرده است. این گیاه همان طور که روی زمین می خزد، در دو بعد رشد می کند. هر جا که مناسب باشد، از ساقه زیر زمینی آن ریشه هایی به سوی زمین و ساقه هایی به سوی بالا پدید می آیند. وقتی گیاه در خاک مرغوبی قرار گیرد، انشعاب و شاخ و برگ بیش تری تولید می کند. هم چنین، توده هایی از ریشه پدید می آورد تا با سرعت بیش تری از خاک قطعه ای که در آن می روید، بهره برداری کند. اما هنگامی که این گیاه خزنده در قطعه ی فقیرتری قرار می گیرد، با سرعت بیش تری گسترش خود را به بیرون از آن قطعه ، پیش می برد تا به هر گونه ای از آن جا فرار کند. در این حالت، ساقه ی زیر زمینی گیاه نازک تر است و انعشاب کم تری دارد.
- این تغییر در الگوی رشد باعث می شود، ساقه های هوایی جدید دورتر از گیاه والد شکل گیرند و در محیط تازه ای به جست و جوی مواد غذایی بپردازند. البته، میزان رشد فقط با کیفیت مطلق یک قطعه ارتباط ندارد، بلکه میزان مرغوبیت آن در مقایسه با قطعه های پیراون نیز برای گیاه مهم است. در واقع، گیاه قطعه ای را به عنوان قطعه ی مرغوب شناسایی می کند که دست کم دو برابر سرشار تر از قطعه های پیرامون باشد. اما پیش از این پاسخ های هوشمندانه، گیاه باید بتواند کیفیت قطعه ای را که در آن می روید بسنجد.
- دو پژوهشگر انگلیسی ژنی را در گیاه رشادی (Arabidopsis) کشف کرده اند که به ریشه ها این توانایی را می دهند که برای پیدا کردن قطعه های سرشار از نیترات و نمک های آمونیوم، خاک را بچشد. فراورده ی این ژن به ریشه ها امکان می دهد به جای جست و جوی تصادفی و پر هزینه، به سوی مواد غذایی رشد کنند. این دو پژوهشگر برای شناسایی ژن هایی که ممکن است در این کار دخالت داشته باشند، جهش یافته های گوناگونی از رشادی را پرورش دادند تا سرانجام جهش یافته ای را پیدا کردند که نمی توانست با توسعه ی ریشه های جانبی از ریشه های اصلی، به جست و جوی نیترات بپردازد. به این ترتیب آنان ژنی را کشف کردند که برای شناسایی نیترات ضروری است.
-
چشایی در گیاهان
- ریشه های گیاهان می توانند رفتارهای هوشمندانه تری نیز از خود بروز دهند. در دانشگاه تگزاس، استنلی روکس و کولین توماس آنزیمی به نام آپیراز را بر سطح ریشه ها کشف کردند که به آن ها توانایی می دهد در جست و جوی ATP تولید شده از سوی میکروب های خاک، قطعه های گوناگون خاک را مزه مزه کنند. آپیراز به صورت پروتئینی متصل به غشا تولید می شود که بخش دارای فعالیت کاتالیزوری آن به سوی بیرون سلول است. این آنزیم با فعالیت آبکافتی خود فسفات گاما و بتا را از مولکلول ATP یا ADP جدا می کند. گیاهان به کمک این آنزیم بخشی از فسفات معدنی لازم برای رشد خود را به دست می آورند. این دو پژوهشگر در آزمایشی نشان دادند، گیاهان تراژنی که مقدار زیادی آپیراز تولید می کردند، نسبت به گیاهان دیگر، رشد بیش تری داشتند.
- مکنده های گیاه سس (Cuscuta) نیز برای غارت بهترین گیاه میزبان از حس چشایی بهره می گیرند. این گیاه که توان فتوسنتز کردن ندارد، به گرد ساقه های میزبان می پیچد و برای به دست آوردن مواد غذایی و آب، ساختارهای مکنده خود را درون آن ها فرو می کند. هوش این انگل گیاهی در ارزیابی مقدار انرژی که می توان از میزبان به دست آورد و مقدار انرژی که برای بهره برداری از آن باید صرف شود، به کمک گیاه می آید.
- از لحظه برخورد انگل با گیاه میزبان تا آغاز گرد آوری مواد غذایی از آن، نزدیک ۴ روز است. این زمان برای ارزیابی میزان پرباری میزبان و تصمیم گیری برای تولید پیچ های کم تر یا بیش تر به دور آن، کافی است. پیچ های بیش تر به تولید مکنده های بیش تر و در نتیجه بهره برداری بیش تر از میزبان می انجامند. اما اگر میزبان پربار نباشد تولید پیچ های بیش تر نوعی هدر دادن انرژی به شمار می آید.
- در دهه ۱۹۹۰ کولین کلی نشان داد راهبردهایی که گیاه سس برای جست و جوی بهترین میزبان به کار می گیرد، با مدل های ریاضی که برای توضیح جنبه های اقتصادی جست و جوی غذا در جانوران ابداع شده بودند، هماهنگی دارند. بنابراین، سس ممکن است زرنگ ترین شکارچی پیرامون ما نباشد، اما در جست و جوی شکار به خوبی جانورانی که می شناسیم، کار می کند.
-
لامسه در گیاهان
- گیاهان گوشتخوار از جمله گیاه دیونه (Dionea muscipula) با سرعت شگفت آوری به برخورد حشره ها با کرک های حساس روی برگ هایشان پاسخ می دهند. با واکنش گل قهر (Mimosa pudica) به کوچک ترین برخورد آشنا هستید. اما این گیاهان، تنها گیاهانی نیستند که می توانند برخورد را درک کنند. آن ها نسبت به دیگر گیاهان، فقط لامسه نیرومند تری دارند.
- گیاهان معمولی برای پاسخ دادن به کشیدهای باد به لامسه نیاز دارند. باد می تواند بر میزان شاخ و برگ در گیاهان اثر منفی داشته باشد. از این رو، گیاهان می کوشند با تقویت بافت های بخش هایی که به نوسان در می آیند، در برابر باد پایداری کنند. البته، هزینه کردن انرژی برای بافت ها ممکن است کشاورزان را نگران کند. در یک آزمایش مشاهده شد وقتی گیاه ذرت هر روز به مدت ۳۰ ثانیه تکان داده شود، میزان محصول تا ۳۰ الی ۴۰ درصد کاهش می یابد.
- پژوهشگران می خواهند بدانند چگونه پیام لمس، بافت های محکم تری تولید می کند. بیش تر پژوهش های کنونی روی کلسیم متمرکز شده است. هنگامی که گیاهان به سویی کشیده می شوند، یون های کلسیم از واکوئل ها به درون سیتوزول جریان پیدا می کنند. بیرون رفتن این یون ها ، که تنها یک دهم ثانیه به درازا می کشد، به فعال شدن ژن هایی می انجامد که با تقویت دیواره ی سلول ارتباط دارند. تاکنون پنج ژن از این ژن های لامسه (TCH) شناسایی شده اند. یکی از این ژن ها، رمز ساختن پروتئین کالمودولین را در خود دارد که حسگر اصلی کلسیم در گیاهان و جانوران است. در سال ۱۹۹۵ جانت برام چهارمین ژن لامسه (TCH۴) را کشف کرد که آنزیمی به نام زیلوگلوکان اندوترانس گیکوزیلاز را رمز می دهد. این آنزیم روی دیواره ی سلولی گیاهان اثر می گذارد و با تغییرهایی که در اجزای اصلی سازنده ی آن ها پدید می آورد، بر قدرت و استحکام آن ها می افزاید.
