هوش در گیاهان
هوش در گیاهان
گیاهانبا حساسیت چشمگیری دست کم ۱۵ متغیر محیطی گوناگون را پیوسته بررسیمی‌کنند. آن‌ها می‌توانند این پیام های ورودی را پردازش کنند و با کمکدسته‌ای از مولکول‌ها و راه‌های پیام رسانی، خود را برای پاسخ درست آمادهسازند. بنابراین، توان محاسبه گری گیاهان بی‌مغز شاید به اندازه‌ی بسیاریاز جانوران با مغزی باشد که می‌شناسسیم.
یکی از تفاوت‌‌های آشکار بین ما جانوران و خویشاوندان سبز رنگ دورمان،یعنی گیاهان، میزان جنبش و جابه‌جایی ماست. ما پذیرفته‌ایم که هوش را ازروی کارها بسنجیم، زیرا کارهایی که انجام می‌دهیم نشان می‌دهند که در مغزما چه می‌گذرد. بنابراین، چون گیاهان خاموش و بی جنبش به چشم می‌آیند ودر یک جا ریشه دوانده‌‌اند، زیاد تیز هوش و زرنگ به نظر نمی‌رسند. اماگیاهان نیز جنبش دارند و به برانگیزاننده‌های پیرامون خود پاسخ می دهند.
گیاهان با حساسیت چشمگیری دست کم ۱۵ متغیر محیطی گوناگون را پیوسته بررسیمی‌کنند. آن‌ها می‌توانند این پیام های ورودی را پردازش کنند و با کمکدسته‌ای از مولکول‌ها و راه‌های پیام رسانی، خود را برای پاسخ درست آمادهسازند. بنابراین، توان محاسبه گری گیاهان بی‌مغز شاید به اندازه‌ی بسیاریاز جانوران با مغزی باشد که می‌شناسسیم.
ساقه‌ی در حال رشد می‌تواند با کمک پرتوهای قرمز دور(مادن قرمز)،نزدیک‌ترین همسایه‌های رقیب خود را حس کند و پیامد کارهای آن‌ها راپیش‌بینی کند و اگر لازم باشد، به شیوه‌ای از رخ‌دادن آن پیامدها پیش‌گیریکند. برای مثال، هنگامی که همسایه‌های رقیب به نخل استیلت (Stilt) نزدیکمی شوند همه‌ی گیاه به سادگی جابه‌جا می‌شود. ریزوم برخی گیاهان علفی بارشد کردن به سوی بخش بدون رقیب و یا سرشار از مواد غذایی، جای زندگی خودرا بر می‌گزیند. سس که نوعی گیاه انگل است، طی یک یا دو ساعت پس از نخستینبرخوردش با گیاه میزبان، توانایی بهرهبرداری از آن را می‌سنجد. خلاصه،گیاهان می‌توانند ببینند، بچشند، لمس کنند، بشنوند و ببویند.
در اینمقاله که در دو بخش تنظیم شده است، با گوشه‌هایی از رفتارهای هوشمند گیاهان وسازوکار چگونگی رخ دادن آن‌ها آشنا می‌شویم.
●دوری از سایه
ساقه‌ی در حال رشد می‌تواند با کمک نور قرمز دور، نزدیک‌ترین همسایه‌هایرقیب خود را حس کند و پیامد کارهای آن‌ها را پیش‌بینی کند و اگر نیازباشد، به شیوه‌ای از رخ‌دادن آن پیامدها پیش‌گیری کند. این فرایندها رامولکول‌هایی به نام فیتوکروم میانجی‌‌گری می‌کنند. فیتوکروم‌ها، گیرنده‌هاو حسگرهای نور در گیاهان هستند.
هر فیتوکروم از یک بخش دریافت‌کننده‌ی نور و یک بخش دگرگون‌کنند‌ی پیامتشکیل شده است. بخش دریافت‌کننده‌ی نور ساختمان تتراپیرولی دارد و از راهاسید آمینه‌ی سیستئین به بخش دگرگون‌کننده که گونه‌ای پروتئین است، پیوندمی‌شود. فیتوکروم در پاسخ به طول موج‌های گوناگون نور، به شکل کارا وناکارا درمی‌آید. شکل ناکارا (Pr) پس از جذب فوتون‌های قرمز به شکل کارا (Pfr) در می‌آید. Pfr که فوتون‌های قرمز دور (مادون قرمز) را بهتر دریافتمی‌کند، در پاسخ به این طول موج‌ها به Pr دگرگونه می‌شود.
● ساز و کار فیتوکروم
در نور خورشید، نسبت نور قرمز به قرمز دور نزدیک ۲/۱ است. اما در یکجامعه‌‌ی گیاهی این اندازه کاهش می‌یابد، زیرا رنگیزه‌های فتوسنتزی، ازجمله کلروفیل، نور قرمز را جذب می‌کنند. تغییر در نسبت نور قرمز به مادونقرمز شاخص قابل اطمینانی برای ارزیابی نزدیکی گیاهان رقیب است. درجامعه‌های فشرده پرتوهای قرمز دوری که از برگ‌های گیاهان بازتاب می‌یابندیا پراکنده می‌شوند، پیام روشن و منحصر به فردی است که از نزدیکی رقیبانآگاهی می‌دهد. پس از درک نسبت پا یینی از نور قرمز به قرمز دور، گیاهی کهاز سایه دوری می‌گزنید (گیاه آ فتاب پسند) بر رشد طولی خود می‌افزاید واگر ترفنندهایش کارگر افتند، جنبه‌های دیگر پاسخ دوری از سایه باعث شتابگرفتن گلدهی و تولید پیش از زمان دانه می‌شوند تا بخت ماندگاری افزایشیابد.
دانشمندان در آزمایشی گروهی از گیاهان را زیر *****ی پرورش دادند که نسبتنور قرمز به قرمز دور را کاهش می‌داد و بنابراین، پاسخ دوری از سایه را برمی انگیخت. این گیاهان نسبت به گیاهانی که زیر نور کامل خورشیدمی‌روییدند، رشد طولی بیش‌تری پیدا کردند. البته، اندازه‌ی رشد طولی بهاندازه‌ی آفتاب‌پسندی گیاه ارتباط دارد. گیاهان صحرایی نسبت به گیاهانی کهبه طور معمول در سایه‌ی درختان چنگل می‌رونید، رشد طولی بیش‌تری پیداکردند.
فیتوکروم‌ها اغلب فعالیت پروتئین‌کنیازی را از خو د نشان می‌دهند. اینمولکول‌ها با پیوند زدن گروه‌های فسفات به پروتئین ها، فعالیت آن‌ها راتغییر می‌دهند. بر این اساس، آن‌ها با تغییر فعالیت پروتئین‌هایی که درتنظیم ژن‌ها دخالت دارند، بر فعالیت آن‌ها تاثیر می‌گذارند. ژن‌های زیادیدر گیاهان شناخته شده‌اند که از راه فیتوکروم در پاسخ به نور تنظیممی‌شوند. البته، فیتوکروم‌ها بخشی از پاسخ‌های زیستی را از راه تغییرهاییدر تعادل یون‌ها در سلول پدید می‌آورند. به هر حال،
● تکامل فیتوکروم‌ها
توان درک نسبت نور قرمز به قرمز دور، در نهاندانگان رشد چشمگیری پیدا کردهاست. سرخس‌ها و خزنده‌ها به طور معمول با واکنش‌های بردباری به سایه، بهانبوهی جامعه گیاهی پاسخ می‌دهند. بازدانگان تا اندازه‌ای واکنش‌های دوریاز سایه را نشان می‌دهند. شاید تکامل توان شناسایی پیام‌های نوری که ازگیاهان پیرامون بازتاب می‌یابد، برای پیشرفت نهاندانگان تا وضعیت کنونی کهدر فرمانروی گیاهان حرف اول را میزنند، سرنو شت‌ساز بوده است. اگرفیتوکروم ها نبودند هنوز هم گیاهان دوران کربونیفر ما را در بر گرفتهبودند.
فیتوکروم‌ها در آغاز در نیاکان پروکاریوتی گیاهان امروزی به وجود آمدند. به نظر می‌رسد در آن‌ها به صورت حسگرهای نور کار می‌کردند. شاید تواناییبی‌نظیر فیتوکروم ها در دگرگونه شدن به شکل‌های کارا و ناکارا در پاسخ بهکیفیت نور، در پروکاریوت‌های آغازین اهمیت کارکردی زیادی نداشته است، امااین ویژگی طی تکامل گیاهان خشکی، گزینش و اصلاح شده و به صورت حسگرپیچیده‌ای در آمده است که اهمیت آن با اهمیت بینایی در جانوران برابری میکند. به عبارت دیگر، شاید بتوان فیتوکروم‌ها را چشم‌های گیاهان به شمارآورد.
فرار ازسایه
گیاهان برای دوری از چتر سایه‌انداز همسایگان خود، می‌توانند به کارهایچشم‌گیرتری دست بزنند. برای مثال، نخل استیلت (Socratea exorthiza) ساقه‌ای دارد که مانند شخصی که عصا زیر بغل دارد، بر ریشه‌های عصا مانندگیاه تکیه دارد و اغلب نیز به طور مستقیم با زمین تماس ندارد. نام معمولیاین گیاه نیز به همین ویژگی اشاره دارد. (واژه استیلت به معنای پایه وتکیه گاه است.) از این رو، این گیاه استوایی را می‌توان نخل پایه‌دارنامید.
هنگامی که همسایگان نخل پایه‌دار بر میزان نور دریافتی گیاه تاثیرمی‌گذارند یا به منبع غذایی آن دست درازی می‌کنند، نخل فرار را برقرارتریجح می‌دهد و همه‌ی گیاه به جایی جابه‌جا می شود که بسیار آفتابی است. برای این جابه جایی ریشه های تکیه گاهی جدید به سوی جای آفتابی رشدمی‌کنند و ریشه‌های طرف سایه‌انداز شده,،آرام‌آرام می‌میرند. در این رفتارگیاه، به خوبی هدف‌دار کار کردن را می‌بینیم.
سرمد*
2008/8/12, 06:13 PM
● در جست و جوی غذا
گیاهان در جست و جوی مواد غذایی می توانند خاک پیرامون خود را ارزیابیکنند و به جاهایی سر بکشند که بهترین چیزها در آن جا یافت می‌شوند. دانشمندان به تازگی برای گیاهان آزمون‌های هوشی را سامان داده‌اند که بهکمک آن‌ها می‌توان دریافت گیاهان در کندوکاو پرامون‌شان تا چه اندازه‌ایخردمندانه کار می‌کنند. آنان با کاشتن گیاهان در خاک ناهمگون، یعنی خاکیکه قطعه‌های آن از نظر کیفیت مواد غذایی با هم تفاوت دارند، هوش گیاهان رامی‌سنجد.
پیچک باغی (Glechoma hederace) توجه گیاه‌شناسان را به خود جلب کرده است. این گیاه همان طور که روی زمین می خزد، در دو بعد رشد می کند. هر جا کهمناسب باشد، از ساقه زیر زمینی آن ریشه‌هایی به سوی زمین و ساقه‌هایی بهسوی بالا پدید می‌آیند. وقتی گیاه در خاک مرغوبی قرار گیرد، انشعاب و شاخو برگ بیش‌تری تولید می کند. هم‌چنین، توده‌هایی از ریشه پدید می‌آورد تابا سرعت بیش‌تری از خاک قطعه‌ای که در آن می‌روید، بهره برداری کند. اماهنگامی که این گیاه خزنده در قطعه‌ی فقیرتری قرار می‌گیرد، با سرعتبیش‌تری گسترش خود را به بیرون از آن قطعه، پیش می‌برد تا به هر گونه‌ایاز آن جا فرار کند. در این حالت، ساقه‌ی زیر زمینی گیاه نازک‌تر است وانعشاب کم‌تری دارد.
این تغییر در الگوی رشد باعث می شود، ساقه‌های هوایی جدید دورتر از گیاهوالد شکل گیرند و در محیط تازه‌ای به جست و جوی مواد غذایی بپردازند. البته، میزان رشد فقط با کیفیت مطلق یک قطعه ارتباط ندارد، بلکه میزانمرغوبیت آن در مقایسه با قطعه‌های پیراون نیز برای گیاه مهم است. در واقع،گیاه قطعه‌ای را به عنوان قطعه‌ی مرغوب شناسایی میکند که دست کم دو برابرسرشار تر از قطعه‌های پیرامون باشد. اما پیش از این پاسخ‌های هوشمندانه،گیاه باید بتواند کیفیت قطعه‌ای را که در آن می‌روید بسنجد.
دو پژوهشگر انگلیسی ژنی را در گیاه رشادی (Arabidopsis) کشف کرده‌اند کهبه ریشه‌ها این توانایی را می‌دهند که برای پیدا کردن قطعه‌های سرشار ازنیترات و نمک‌های آمونیوم، خاک را بچشد. فراورده‌ی این ژن به ریشه‌هاامکان می‌دهد به جای جست و جوی تصادفی و پر هزینه، به سوی مواد غذایی رشدکنند. این دو پژوهشگر برای شناسایی ژن‌هایی که ممکن است در این کار دخالتداشته باشند، جهش یافته‌های گوناگونی از رشادی را پرورش دادند تا سرانجامجهش یافته‌ای را پیدا کردند که نمی‌توانست با توسعه‌ی ریشه‌های جانبی ازریشه‌های اصلی، به جست و جوی نیترات بپردازد. به این ترتیب آنان ژنی راکشف کردند که برای شناسایی نیترات ضروری است.
● چشایی در گیاهان
ریشه‌های گیاهان می‌توانند رفتارهای هوشمندانه‌تری نیز از خود بروز دهند. در دانشگاه تگزاس، استنلی روکس و کولین توماس آنزیمی به نام آپیراز را برسطح ریشه‌ها کشف کردند که به آن‌ها توانایی می‌دهد در جست و جوی ATP تولیدشده از سوی میکروب‌های خاک، قطعه‌های گوناگون خاک را مزه مزه کنند. آپیرازبه صورت پروتئینی متصل به غشا تولید می‌شود که بخش دارای فعالیتکاتالیزوری آن به سوی بیرون سلول است. این آنزیم با فعالیت آبکافتی خودفسفات گاما و بتا را از مولکلول ATP یا ADP جدا می کند. گیاهان به کمک اینآنزیم بخشی از فسفات معدنی لازم برای رشد خود را به دست می‌آورند. این دوپژوهشگر در آزمایشی نشان دادند، گیاهان تراژنی که مقدار زیادی آپیرازتولید می‌کردند، نسبت به گیاهان دیگر، رشد بیش تری داشتند.
مکنده‌های گیاه سس (Cuscuta) نیز برای غارت بهترین گیاه میزبان از حسچشایی بهره می‌گیرند. این گیاه که توان فتوسنتز کردن ندارد، به گردساقه‌های میزبان می پیچد و برای به دست آوردن مواد غذایی و آب، ساختارهایمکنده خود را درون آن‌ها فرو میکند. هوش این انگل گیاهی در ارزیابی مقدارانرژی که می‌توان از میزبان به دست آورد و مقدار انرژی که برای بهرهبرداری از آن باید صرف شود، به کمک گیاه می‌آید.
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 گیریبرای تولید پیچ های کم تر یا بیش تر به دور آن، کافی است. پیچ‌های بیش‌تربه تولید مکنده‌های بیش‌تر و در نتیجه بهره برداری بیش تر از میزبانمی‌انجامند. اما اگر میزبان پربار نباشد تولید پیچ‌های بیش‌تر نوعی هدردادن انرژی به شمار می آید.
در دهه ۱۹۹۰ کولین کلی نشان داد راهبردهایی که گیاه سس برای جست و جویبهترین میزبان به کار می‌گیرد، با مدل‌های ریاضی که برای توضیح جنبه‌هایاقتصادی جست و جوی غذا در جانوران ابداع شده بودند، هماهنگی دارند. بنابراین، سس ممکن است زرنگ‌ترین شکارچی پیرامون ما نباشد، اما در جست وجوی شکار به خوبی جانورانی که می شناسیم، کار می کند.
● لامسه در گیاهان
گیاهان گوشتخوار از جمله گیاه دیونه (Dionea muscipula) با سرعت شگفت‌آوریبه برخورد حشره‌ها با کرک‌های حساس روی برگ‌هایشان پاسخ می‌دهند. با واکنشگل قهر (Mimosa pudica) به کوچک‌ترین برخورد آشنا هستید. اما این گیاهان،تنها گیاهانی نیستند که می‌توانند برخورد را درک کنند. آن‌ها نسبت به دیگرگیاهان، فقط لامسه نیرومند‌تری دارند.
گیاهان معمولی برای پاسخ دادن به کشیدهای باد به لامسه نیاز دارند. بادمی‌تواند بر میزان شاخ و برگ در گیاهان اثر منفی داشته باشد. از این رو،گیاهان می‌کوشند با تقویت بافت‌های بخش‌هایی که به نوسان در می‌آیند، دربرابر باد پایداری کنند. البته، هزینه کردن انرژی برای بافت‌ها ممکن استکشاورزان را نگران کند. در یک آزمایش مشاهده شد وقتی گیاه ذرت هر روز بهمدت ۳۰ ثانیه تکان داده شود، میزان محصول تا ۳۰ الی ۴۰ درصد کاهش می‌یابد.
پژوهشگران می‌خواهند بدانند چگونه پیام لمس، بافت‌های محکم‌تری تولیدمی‌کند. بیش‌تر پژوهش‌های کنونی روی کلسیم متمرکز شده است. هنگامی کهگیاهان به سویی کشیده می‌شوند، یون‌های کلسسیم از واکوئل‌ها به درونسیتوزول جریان پیدا می‌کنند. بیرون رفتن این یون‌ها ، که تنها یک دهمثانیه به درازا می کشد، به فعال شدن ژن‌هایی می‌انجامد که با تقویتدیواره‌ی سلول ارتباط دارند. تاکنون پنج ژن از این ژن‌های لامسه (TCH) شناسایی شده‌اند. یکی از این ژن ها، رمز ساختن پروتئین کالمودولین را درخود دارد که حسگر اصلی کلسیم در گیاهان و جانوران است. در سال ۱۹۹۵ جانتبرام چهارمین ژن لامسه (TCH۴) را کشف کرد که آنزیمی به نام زیلوگلوکاناندوترانس گیکوزیلاز را رمز می‌دهد. این آنزیم روی دیواره‌ی سلولی گیاهاناثر می‌گذارد و با تغییرهایی که در اجزای اصلی سازنده‌ی آن‌ها پدیدمی‌آورد، بر قدرت و استحکام آن‌ها می‌افزاید.
منبع: مرکز مقالات کشاورزی AKE( بزرگترین وبلاگ کشاورزی ایران )