دراسة مثيرة: النباتات تتواصل مع بعضها البعض عند الشعور بالخطر!

وجدت دراسة جديدة أن النباتات يمكن أن تتواصل مع بعضها البعض لنشر تحذير من الأخطار القادمة، مثل هجوم الحشرات أو الجفاف. ووجدت الدراسة أن النباتات المصابة بآفات تنبعث منها مركبات كيميائية معينة، والتي يمكن أن تصل إلى النباتات السليمة المجاورة.وعندما تتعرض النباتات السليمة لهذه المركبات، فإنها تزيد من إنتاج مواد كيميائية دفاعية خاصة بها.

ووفقًا للمشرفين على تلك الدراسة التي نشرت في مجلة "Nature Communications"، مؤخرا، فإن الفهم الأفضل لهذه الآلية يمكن أن يساعد العلماء والمزارعين في "تحصين النباتات ضد هجمات الحشرات أو الجفاف، قبل وقت طويل من حدوثها".

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة، ماساتسوجو تويوتا، إن "هذه الدراسة تمثل المرة الأولى التي يتمكن فيها الباحثون من وضع تصور للتواصل بين النباتات للتحذير من تهديد من الحشرات والآفات أو الأخطار البيئية مثل الجفاف".

وبدأ هذا النوع من الأبحاث التي تسلط الضوء على "تواصل النباتات" في ثمانينيات القرن الماضي، عندما قام اثنان من علماء البيئة بوضع "مئات اليرقات والديدان على أغصان أشجار الصفصاف لمراقبة كيفية استجابة الأشجار".

وبدأت تلك الأشجار في "إنتاج مواد كيميائية تجعل أوراقها غير شهية وغير قابلة للهضم، بغية ردع الحشرات".

لكن الأمر الأكثر إثارة للفضول هو أن "أشجارًا سليمة من نفس النوع، تقع على بعد 30 أو 40 مترًا وليس لها أي روابط جذرية مع الأشجار المتضررة، قد جهزت نفس الدفاعات الكيميائية استعدادا لأي غزو محتمل من الحشرات.

ووجد زوج آخر من العلماء في ذلك الوقت نتائج مماثلة، عند إجراء دراسة مشابهة على أشجار  من القيقب والحور التالفة.

وخلصت هذه الفرق البحثية المبكرة  إلى فكرة مبدئية مفادها، أن "الأشجار ترسل إشارات كيميائية لبعضها البعض عبر الهواء"، وهو ما يُعرف اليوم باسم "التنصت النباتي".

وقال أندريه كيسلر، عالم بيئة النبات الأميركي الذي لم يشارك في البحث: "كان هناك جدل في هذا المجال، فأولاً، كيف يتم امتصاص تلك المركبات بشكل عام من قبل النبات، ومن ثم كيف تكون قادرة على تغيير عملية التمثيل الغذائي للنبات استجابةً لإدراكها للأخطار والتهديدات".

وأضاف  كيسلر إن هذه الدراسة الجديدة "ساعدت في الإجابة على بعض هذه الأسئلة التي طال أمدها".

إذًا تتواصل النباتات مع محيطها عن طريق "إطلاق مواد كيميائية تعرف باسم (المركبات العضوية المتطايرة)، والتي يمكن للبشر شمها".

لكن كما يستطيع الناس التحدث بالكثير من الكلمات، فإنه يمكن للنباتات إنتاج مجموعة من هذه المركبات لأغراض مختلفة، حيث يستخدم بعضها لجذب الملقحات، أو كوسيلة للدفاع ضد الحشرات الضارة.

ومع ذلك، تنبعث فئة واحدة من هذه المركبات الكيمائية عند إصابة النبات بآفات، وتسمى "المواد المتطايرة ذات الأوراق الخضراء".

وتنبعث هذه المركبات، كما يوحي الاسم، من كل النباتات الخضراء ذات الأوراق تقريبًا، ويتم إنتاجها عندما يتعرض النبات لضرر مادي. 

وفي الدراسة الجديدة، قام تويوتا وزملاؤه بسحق أوراق النباتات يدويًا، بعد أن وضعوا اليرقات على نباتات الخردل أو الطماطم من نبات الأرابيدوبسيس لتحفيز انبعاث العديد من "المواد المتطايرة ذات الأوراق الخضراء"، وبعد ذلك عمدوا إلى نشر  الأبخرة على النباتات السليمة لمعرفة ما إذا كانت النباتات ستتفاعل مع تلك المركبات.

ولتتبع استجابات النباتات السليمة، قام الفريق بتعديل النباتات وراثيًا لتحفيز "أيونات الكالسيوم" عند تنشيطها داخل خلايا النباتات.

وتعد "إيوانات الكالسيوم" مهمة للوظائف الخلوية في معظم الكائنات الحية على الأرض، بما في ذلك البشر، فعندما يتم إرسال إشارة كهربائية إلى الخلايا العصبية الحركية لدينا، تتفتح القنوات الأيونية بما يسمح للكالسيوم بالتدفق إلى الداخل.

وهذه الزيادة في الكالسيوم يمكن أن تؤدي إلى إطلاق الناقلات العصبية، مما يؤدي إلى تقلص العضلات في الخلية العضلية.

وقال تويوتا إن إشارات الكالسيوم "تلعب دورًا مماثلاً في النباتات من حيث إرسال رسائل لخلايا النبات بغية إغلاق أوراقها أو القضاء على حشرة، على سبيل المثال".

وبعد اختبار العديد من "المواد المتطايرة ذات الأوراق الخضراء"، وجد الفريق أن اثنتين منها تزيد من أيونات الكالسيوم داخل الخلايا.

وبالإضافة إلى ذلك، وجدوا أن إشارات الكالسيوم زادت لأول مرة في "الخلايا الحارسة" التي تشكل مسام أوراق النبات، وهو اكتشاف مهم، لأنه يظهر أن المركبات يتم امتصاصها في الأنسجة الداخلية للنبات.

وأوضح تويوتا إن إشارات الكالسيوم تشبه مفتاحًا لتشغيل الاستجابات الدفاعية.

وبعد زيادة إشارات الكالسيوم، وجد الفريق أن النباتات زادت من إنتاج أنواع معينة من المركبات للحماية، فعلى سبيل المثال، بحسب تويوتا، فإن النبات قد يبدأ في إنتاج بروتينات معينة لمنع الحشرات من مضغها، مما يسبب الإسهال للحشرات

ومع هذا الفهم الجديد، يقول الباحثون إنه يمكّن من تحصين النباتات ضد التهديدات والأخطار قبل حدوثها، وهو ما يعادل إعطاء النبات لقاحًا.

وأشار كيسلر إلى تعريض النباتات السليمة لنباتات موبوءة بالحشرات أو "المواد المتطايرة ذات الأوراق الخضراء" المرتبطة بها، يمكن أن يعزز دفاعاتها الوراثية، وبالتالي يستخدم المزارعون مبيدات حشرية أقل.

ويمكن أن يساعد هذا الاكتشاف أيضًا في جعل النباتات "أكثر مرونة أثناء الجفاف"، مما يشير إلى أن النباتات تحتفظ بمزيد من الماء.