گیاه وادی مرگ که با خنک کردن برگ هایش در دمای 60 درجه زنده می ماند - پایگاه اینترنتی مأوا

فرآیند خنک کردن برگ گیاه تایدسترومیا به قدری کارآمد است که دمای برگ ها را گاهی تا 13 درجه سانتی گراد پایین تر از محیط اطراف نگه می دارد. پژوهشگران با آنالیز صدها جوانه از گونه های مختلف متوجه شدند که توانایی تنظیم دمای برگ منشا کاملاً ژنتیکی دارد و تمام پایه های این گیاه شانس یکسانی برای دوام آوردن ندارند. در آزمایش های آزمایشگاهی تعیین شد نمونه هایی که کنترل بهتری روی بافت خود دارند، حتی در دمای 60 درجه سانتی گراد که مرز نهایی تحمل حیات پیچیده یورکاریوتی (Eukaryote) محسوب می گردد، زنده می مانند. دوام آوردن در چنین شرایطی نیازمند عملکرد هم زمان تعرق، کنترل روزنه ها و مدیریت منابع آب زیرزمینی است.

مکانیسم اصلی این سیستم خنک نماینده طبیعی بسیار شبیه به تعریق پوست انسان برای کاهش دما است. گیاه با باز نگه داشتن روزنه های برگی (Stomata) اجازه می دهد آب به سرعت از سطح برگ تبخیر گردد و گرما را از بافت ها خارج کند. اگر این منفذهای ریز به صورت مصنوعی بسته شوند، فرآیند کاهش دما کاملاً متوقف شده و گیاه در عرض چند ساعت می سوزد. تحلیل های ژنتیکی نشان داده سه منطقه خاص در DNA این بوته وجود دارد که دستور باز ماندن روزنه ها را در اوج گرما صادر می نماید. در واقع گیاه با ریسک بالای از دست دادن آب، جان خودش را در برابر داغی کشنده هوا حفظ می نماید.

نکته عجیب اینجاست که بیشتر گیاهان بیابانی مثل کاکتوس ها با ذخیره آب و بستن منافذ خود سعی می نمایند قطره ای رطوبت را هدر ندهند. اما تایدسترومیا رفتاری کاملاً متضاد دارد و با سخاوتمندی آب را تبخیر می نماید تا زنده بماند. زیست شناسان احتمال می دهند ریشه های عمیق این گیاه دسترسی مستقیمی به سفره های آب زیرزمینی وادی مرگ دارند و هیدرولیک سلولی آن به گونه ای طراحی شده که آب را با سرعت بالا به بخش های هوایی می رساند. تغییر شکل تعاملی بین کلروپلاست و میتوکندری در سلول های این بوته، یکی از مکانیزم های زیستی شگفت انگیز است که اجازه فروپاشی ساختار پروتئینی را در شرایط بحرانی نمی دهد.

اگر بخواهیم این فرآیند را تجسم کنیم، مثل این است که در وسط یک سونا با دمای بالای 60 درجه سانتی گراد ایستاده اید اما بدن شما بتواند با تعریق فوق العاده خنک بماند. پدیده سازگاری با گرمای شدید در ارگانیسم های پیچیده بسیار نادر است زیرا معمولاً عملکرد سیستم های متعدد زنده با افزایش دما اختلال پیدا می نماید. دانشمندان با دوربین های مادون قرمز ثبت کردند که حتی پس از هشت روز متوالی قرارگیری در دمای 60 درجه، دمای داخلی برگ های زنده بین 54 تا 59 درجه حفظ شده بود. این تفاوت ناچیز اما حیاتی، درست همان مرزی است که ساختار سلول را از نابودی مطلق نجات می دهد.

نگاهی به تاریخچه کشف و آنالیز زیستگاه های سخت گذر نشان می دهد انسان همواره از تعادل حیات در بیابان های خشک شگفت زده شده است. وادی مرگ از دیرباز به عنوان منطقه ای خالی از حیات شناخته می شد، اما پژوهش های مدرن روی گونه های بومی ثابت نموده که طبیعت همواره راه چاره های پیچیده تری در آستین دارد. فرآیند تعرق گیاهی در این بوته بیابانی نه تنها یک تاکتیک ساده، بلکه یک استراتژی تکاملی سنگین است که توانسته فرضیه های قبلی درباره محدودیت های زیستی را کاملاً جابه جا کند و نگاه ما را به گیاهان کویری تغییر دهد.

این یافته های علمی صرفاً یک حقیقت جالب درباره یک بوته بی نام ونشان در گوشه ای از آمریکا نیست و اهمیت مستقیمی برای آینده غذایی دنیا دارد. با افزایش بی سابقه دمای کره زمین و خشکسالی های پیاپی، محصولات کشاورزی اساسی مانند گندم و ذرت در معرض خطر نابودی قرار گرفته اند. دستکاری ژنتیکی محصولات کشاورزی با الگوبرداری از این گیاه خنک نماینده می تواند مقاومت غلات را در برابر موج های گرمای کشنده افزایش دهد. انتقال این مکانیسم خنک نمایندگی به گیاهان زراعی، کلید حفظ امنیت غذایی انسان در دهه های آینده خواهد بود.

شناخت دقیق نحوه عملکرد این بوته بیابانی مسیر جدیدی را برای زیست شناسان جهت طراحی گیاهان مقاوم باز نموده است. پژوهشگران هنوز در حال آنالیز سایر ژن های دخیل در این فرآیند هستند تا تعیین نمایند چگونه جریان مداوم آب بدون افت فشار در سلول ها برقرار می ماند. رمزگشایی از این پدیده به ما یادآوری می نماید که حتی در سوزان ترین نقاط زمین، حیات با ابزارهای شگفت انگیز خود راهی برای ادامه پیدا می نماید و الگوهای بی نظیری برای حل بحران های بزرگ بشری به همراه دارد.

منبع: BioRxiv