به گزارش گروه علمی مجله اینترنتی دیاتو دانشمندانی که گروه گیاهی غیرمعمول بالانوفورا را مطالعه میکنند، دریافتند که برخی از گونهها بدون نور خورشید یا تولید مثل جنسی رشد میکنند.
گیاهان عجیب و غریبی که فتوسنتز نمی کنند راهی برای بقا دارند!
مقدمه
گروهی عجیب از گیاهان زیرزمینی وجود دارند که نشان میدهد که چگونه حیات حتی پس از ترک نور خورشید و تولید مثل جنسی میتواند رشد کند.
همه گیاهان سبز نیستند یا به تولید مثل جنسی متکی نیستند و این استثنائات میتوانند بینشهای شگفتانگیزی را در مورد معنای واقعی گیاه بودن آشکار کنند.
یک مطالعه جدید با مشارکت محققان دانشگاه کوبه، بر روی جنس بالانوفورا متمرکز شده است تا درک بهتری از چگونگی تکامل و بقای گیاهانی که فاقد فتوسنتز هستند و اغلب به صورت غیرجنسی تولید مثل میکنند، داشته باشد.
گیاهان بدون فتوسنتز
کنجی سوتسوگو، گیاهشناس دانشگاه کوبه، میگوید: «هدف دیرینه من این است که دوباره در مورد معنای واقعی گیاه بودن فکر کنم.» او ادامه میدهد: «سالهاست که مجذوب گیاهانی هستم که فتوسنتز را رها کردهاند و میخواهم تغییراتی را که در این فرآیند رخ میدهد، کشف کنم.»
گیاهان بالانوفورا نمونهای افراطی از این تغییر هستند. آنها غذای خود را از طریق فتوسنتز تولید نمیکنند، بلکه مواد مغذی را مستقیماً از ریشه گیاهان دیگر دریافت میکنند. بیشتر عمر آنها در زیر زمین میگذرد و فقط در فصل گلدهی به سطح میآیند – و برخی از گونهها حتی منحصراً به صورت غیرجنسی تولید مثل میکنند.
سوتسوگو توضیح میدهد: “با این حال، اگرچه مطالعات جداگانهای در مورد تغییرات ژنوم گیاهان، بومشناسی و تولید مثل آنها انجام شده است، ما نمیدانیم که چگونه آنها با یکدیگر ارتباط دارند.”
گونههای بالانوفورا گیاهان انگلی هستند که در زیر زمین زندگی میکنند و فقط در فصل گلدهی از روی زمین بیرون میآیند – و برخی از گونهها حتی منحصراً به صورت غیرجنسی تولید مثل میکنند. این کلاژ گونههایی را نشان میدهد که برای تعیین چگونگی ارتباط گیاهان آن گروه با یکدیگر، چگونگی تغییر پلاستیدهای خود و چگونگی تناسب تولید مثل آنها با بومشناسی خود مورد مطالعه قرار گرفتهاند. منبع: دانشگاه کوبه
ارتباط تکامل، پلاستیدها و تولید مثل
برای پرداختن به این شکاف، سوتسوگو قصد داشت سه دسته از شواهد را که هرگز به طور کامل برای بالانوفورا ترکیب نشده بودند، گرد هم آورد. هدف او روشن کردن چگونگی ارتباط گونههای مختلف با یکدیگر، بررسی چگونگی تغییر پلاستیدهای آنها در طول زمان (بخشی از سلولهای گیاه که در گیاهان سبز به عنوان “پانلهای خورشیدی” سلول عمل میکند) و درک چگونگی همسو شدن استراتژیهای تولید مثلی آنها با شرایط اکولوژیکیشان بود.
او خاطرنشان میکند که این تحقیق چالشهای منحصر به فردی را ایجاد کرده است: “این گیاهان نادر، پراکنده و اغلب محدود به جنگلهای شیبدار و مرطوب هستند. اما سالها تجربه در مطالعه بالانوفورا چه در آزمایشگاه و چه در مطالعات میدانی، و همچنین روابط طولانی مدت با طبیعتگرایان محلی، این پروژه را ممکن ساخت.”
او برای تقویت تجزیه و تحلیل ژنتیکی، با دانشمندان موسسه علوم و فناوری اوکیناوا که در مطالعه ژنومهای بسیار کوچک تخصص دارند، نیز همکاری کرد.
ژنومهای پلاستید در ابتدا کوچک شدند اما همچنان ضروری هستند
این تیم اکنون یافتههای خود را در مجله New Phytologist منتشر کرده است. تجزیه و تحلیل آنها نشان داد که هر گونه مورد بررسی، یک ژنوم پلاستید بسیار کوچک (DNA که در هسته سلول گیاهی نگهداری نمیشود، بلکه مستقیماً در پلاستید قرار دارد) را به اشتراک گذاشته است. به نظر میرسد این کاهش در یک جد مشترک رخ داده است، قبل از اینکه این گروه بعداً به گونههای جداگانهای تبدیل شود.
سوتسوگو میگوید: «هیجانانگیز است که ببینیم یک گیاه تا چه حد میتواند ژنوم پلاستید خود را کاهش دهد، که در نگاه اول به نظر میرسد پلاستید در آستانه ناپدید شدن است. اما با نگاه دقیقتر متوجه شدیم که بسیاری از پروتئینها هنوز به پلاستید منتقل میشوند، که نشان میدهد حتی اگر گیاه فتوسنتز را رها کرده باشد، پلاستید هنوز بخش حیاتی متابولیسم گیاه است.»
برخلاف از دست دادن مشترک فتوسنتز، به نظر میرسد تولید مثل غیرجنسی چندین بار در این گروه پدیدار شده است. محققان معتقدند که توانایی تشکیل دانه بدون لقاح ممکن است در اوایل ظهور کرده باشد و به بالانوفورا کمک کرده باشد تا در سراسر زنجیرههای جزیرهای که از سرزمین اصلی ژاپن از طریق اوکیناوا تا تایوان امتداد دارند، گسترش یابد.
سوتسوگو توضیح میدهد: «در طول دهه گذشته، من گرده افشانی و پراکندگی دانههای بالانوفورا را مطالعه کردهام، جایی که جیرجیرکهای شتری و سوسکها نقش غیرمنتظرهای ایفا میکنند، اما همچنین متوجه شدم که تولید غیرجنسی دانه اغلب زمانی که جفت یا گرده افشانها کمیاب هستند، تولید مثل را تضمین میکند.» با گذشت زمان، این استراتژی ممکن است به شکل غالب تولید مثل برای برخی از گونهها تبدیل شده باشد.
به سوی درک عمیقتر از گیاهان انگلی
برای سوتسوگو، این مطالعه نشان دهنده پیشرفت معناداری در درک چگونگی ادامه عملکرد و بقای گیاهانی است که دیگر فتوسنتز نمیکنند در اکوسیستمهای طبیعی.
سوتسوگو میگوید: «برای کسی که ساعتهای زیادی را صرف مشاهده این گیاهان در جنگلهای تاریک و مرطوب کرده است، دیدن داستان آنها در سطح ژنومی بسیار رضایتبخش است. هدف بعدی من این است که این نتایج را با اندازهگیریهای بیوشیمیایی مرتبط کنم تا دریابم که پلاستیدهای بالانوفورا واقعاً چه چیزی تولید میکنند و چگونه این محصولات به حفظ رشد گیاهان انگلی در ریشههای میزبانانشان کمک میکنند.»
