تويت
يُعد الاستحمام في مياه البحر الميت شديد الملوحة بلسمًا لروح الإنسان وجسده، لكن عندما يتعلق الأمر بالنباتات تؤدي هذه المياه دورًا معاكسًا تمامًا. تبذل النباتات قصارى جهدها كي تبعد جذورها عن الملوحة، إذ إن الملح يؤذيها وأحيانًا قد يخنقها.
تملّح الأراضي الزراعية -لسوء الحظ- هو مشكلة عالمية متنامية تعود جزئيًا إلى التغير المناخي، إذ تزداد الملوحة في التربة عندما تفيض مياه البحر على الأراضي الساحلية، فتقلّ كمية المحاصيل الزراعية في تلك الأراضي.
مشكلة الملح
يعود التركيز المرتفع للأملاح في الأراضي الزراعية إلى عدة أسباب، منها فيضان المياه على الأراضي الزراعية نتيجةً للتغير المناخي، والري الذي يزيد عادةً من ملوحة التربة. وتُقدر التكلفة السنوية للأراضي المتضررة بالملح من مياه الري بحوالي 30 مليار دولار أمريكي.
يقول ستافان بيرسون البروفيسور في قسم علوم النباتات والبيئة في جامعة كوبنجهام: «يحتاج العالم إلى محاصيل ذات مقاومة عالية للملح، إن أردنا أن نطوّر نباتات متكيفة معه، علينا أن نفهم آلية استجابة النباتات إليه».
ويتابع: «كي تتجنب الملح الموجودة في التربة، تعيد النباتات توجيه جذورها بعيدًا عن المناطق المالحة، إنها عملية حيوية، ليس من الواضح حتى الآن كيف تحدث».
اكتشف البروفيسور بيرسون مع مجموعة من زملائه الباحثين ما يجري داخل النباتات على المستويين الخلوي والجزيئي بالتفصيل، بالتالي تحديد كيف تتمكن الجذور من النمو وإعادة التوجه بعيدًا عن الملح، نُشرت نتائج دراستهم في مجلة Development Cell العلمية.
خلايا البشرة الجذرية للجذور الملتوية. (مصدر الصورة: Wenna Zheng)
دور هرمون الضغط والتوتر
اكتشفت مجموعة من الباحثين أنه عندما تشعر النباتات بتركيزٍ من الملح، يُفعّل هرمون التوتر عند هذه النباتات وهو حمض الأبسيسيك، ويفعّل هذا الهرمون آلية الاستجابة.
يشرح البروفيسور بيترسون آلية العمل: «تملك النباتات هرمون توتر يتفعل عند وجود الملح، يعيد هذا الهرمون تنظيم الأنابيب البروتينية الضعيفة في الخلية التي تعرف بالهيكل الخلوي، تؤدي إعادة تنظيم الهيكل الخلوي إلى إعادة تنظيم مماثلة تحدث لألياف السيللوز التي تحيط بالخلايا الجذرية، ما يجبر الجذر على الالتواء كي يتابع نموه في اتجاه بعيد عن الملح».
الفرق بين شتلتين تنمو إحداهما في وسط لا يحتوي على ملح والأخرى في وسط مالح. (مصدر الصورة: Bo Yu)
تغيّر التصور حول تنظيم شكل النباتات
إن الاكتشاف المدهش بالنسبة للباحثين كان معرفة الدور الرئيسي الذي يؤديه هرمون التوتر، فقد كان يُعتقد قبل إجراء هذه الدراسة أن هرمون الأوكسين هو المسؤول عن تغيّر اتجاه نمو النباتات استجابةً للمؤثرات البيئية المتنوعة.
حول الدراسة
يُعرف التأثير التوجيهي بقدرة النباتات على النمو بعيدًا عن أو نحو منبه بيئي معين.
التأثير التوجيهي للملح هو قدرة النباتات على إعادة توجيه جذورها بعيدًا عن المناطق المالحة في التربة.
تشمل التأثيرات التوجيهية الأخرى استجاباتٍ للضوء وللجاذبية.
أُجريت التجارب في الدراسة على نباتات الأرابيدوبسيس باستخدام التقنيات الحيوية والفحص المجهري.
يقول ستافان بيرسون: «قد يفتح اكتشاف دور هرمون التوتر (حمض الأبسيسيك) الأساسي في إعادة تنظيم جدران النباتات الخلوية وتغيير شكلها واتجاه نموها بابًا جديدًا في علم النباتات وأبحاثها، إذ سيكون هناك تركيز أكبر على هذا الهرمون وما يمنحه للنباتات من قدرة على التكيف مع الظروف المتنوعة بتغيير اتجاه حركتها».
تمكن الباحثون عبر تحوير حمض أميني واحد في البروتين الذي يقود عملية التواء الجذر من عكس هذا الالتواء بحيث يعود النبات للنمو باتجاه الملح.
يعتقد بيرسون أنه سيمر بعض الوقت قبل أن تُطبّق هذه المعارف الجديدة في مجال الزراعة، لأسباب أهمها أن النباتات المعدلة وراثيًا ما تزال ممنوعةً في الاتحاد الأوروبي. قد تعبّد هذه النتائج على أية حال الطريق نحو تطوير أصناف من المحاصيل تتحمّل الملوحة أكثر.
يختم البروفيسور بيرسون: «تُنتج النباتات كميات أكبر من هرمون التوتر عندما تشعر بوجود الملح، ليس من الصعب التخيل أنه عندما نسرّع من استجابة التوتر عند هذه النباتات من خلال تغيّر أبعاد الهيكل الخلوي، من الممكن أن نجعل الجذر يغير اتجاهه أسرع، ونستطيع بهذه الطريقة أن نقوّي النباتات عندما نقلّل تعرضها للملح».
تملّح الأراضي الزراعية -لسوء الحظ- هو مشكلة عالمية متنامية تعود جزئيًا إلى التغير المناخي، إذ تزداد الملوحة في التربة عندما تفيض مياه البحر على الأراضي الساحلية، فتقلّ كمية المحاصيل الزراعية في تلك الأراضي.
مشكلة الملح
يعود التركيز المرتفع للأملاح في الأراضي الزراعية إلى عدة أسباب، منها فيضان المياه على الأراضي الزراعية نتيجةً للتغير المناخي، والري الذي يزيد عادةً من ملوحة التربة. وتُقدر التكلفة السنوية للأراضي المتضررة بالملح من مياه الري بحوالي 30 مليار دولار أمريكي.
يقول ستافان بيرسون البروفيسور في قسم علوم النباتات والبيئة في جامعة كوبنجهام: «يحتاج العالم إلى محاصيل ذات مقاومة عالية للملح، إن أردنا أن نطوّر نباتات متكيفة معه، علينا أن نفهم آلية استجابة النباتات إليه».
ويتابع: «كي تتجنب الملح الموجودة في التربة، تعيد النباتات توجيه جذورها بعيدًا عن المناطق المالحة، إنها عملية حيوية، ليس من الواضح حتى الآن كيف تحدث».
اكتشف البروفيسور بيرسون مع مجموعة من زملائه الباحثين ما يجري داخل النباتات على المستويين الخلوي والجزيئي بالتفصيل، بالتالي تحديد كيف تتمكن الجذور من النمو وإعادة التوجه بعيدًا عن الملح، نُشرت نتائج دراستهم في مجلة Development Cell العلمية.
خلايا البشرة الجذرية للجذور الملتوية. (مصدر الصورة: Wenna Zheng)
دور هرمون الضغط والتوتر
اكتشفت مجموعة من الباحثين أنه عندما تشعر النباتات بتركيزٍ من الملح، يُفعّل هرمون التوتر عند هذه النباتات وهو حمض الأبسيسيك، ويفعّل هذا الهرمون آلية الاستجابة.
يشرح البروفيسور بيترسون آلية العمل: «تملك النباتات هرمون توتر يتفعل عند وجود الملح، يعيد هذا الهرمون تنظيم الأنابيب البروتينية الضعيفة في الخلية التي تعرف بالهيكل الخلوي، تؤدي إعادة تنظيم الهيكل الخلوي إلى إعادة تنظيم مماثلة تحدث لألياف السيللوز التي تحيط بالخلايا الجذرية، ما يجبر الجذر على الالتواء كي يتابع نموه في اتجاه بعيد عن الملح».
الفرق بين شتلتين تنمو إحداهما في وسط لا يحتوي على ملح والأخرى في وسط مالح. (مصدر الصورة: Bo Yu)
تغيّر التصور حول تنظيم شكل النباتات
إن الاكتشاف المدهش بالنسبة للباحثين كان معرفة الدور الرئيسي الذي يؤديه هرمون التوتر، فقد كان يُعتقد قبل إجراء هذه الدراسة أن هرمون الأوكسين هو المسؤول عن تغيّر اتجاه نمو النباتات استجابةً للمؤثرات البيئية المتنوعة.
حول الدراسة
يُعرف التأثير التوجيهي بقدرة النباتات على النمو بعيدًا عن أو نحو منبه بيئي معين.
التأثير التوجيهي للملح هو قدرة النباتات على إعادة توجيه جذورها بعيدًا عن المناطق المالحة في التربة.
تشمل التأثيرات التوجيهية الأخرى استجاباتٍ للضوء وللجاذبية.
أُجريت التجارب في الدراسة على نباتات الأرابيدوبسيس باستخدام التقنيات الحيوية والفحص المجهري.
يقول ستافان بيرسون: «قد يفتح اكتشاف دور هرمون التوتر (حمض الأبسيسيك) الأساسي في إعادة تنظيم جدران النباتات الخلوية وتغيير شكلها واتجاه نموها بابًا جديدًا في علم النباتات وأبحاثها، إذ سيكون هناك تركيز أكبر على هذا الهرمون وما يمنحه للنباتات من قدرة على التكيف مع الظروف المتنوعة بتغيير اتجاه حركتها».
تمكن الباحثون عبر تحوير حمض أميني واحد في البروتين الذي يقود عملية التواء الجذر من عكس هذا الالتواء بحيث يعود النبات للنمو باتجاه الملح.
يعتقد بيرسون أنه سيمر بعض الوقت قبل أن تُطبّق هذه المعارف الجديدة في مجال الزراعة، لأسباب أهمها أن النباتات المعدلة وراثيًا ما تزال ممنوعةً في الاتحاد الأوروبي. قد تعبّد هذه النتائج على أية حال الطريق نحو تطوير أصناف من المحاصيل تتحمّل الملوحة أكثر.
يختم البروفيسور بيرسون: «تُنتج النباتات كميات أكبر من هرمون التوتر عندما تشعر بوجود الملح، ليس من الصعب التخيل أنه عندما نسرّع من استجابة التوتر عند هذه النباتات من خلال تغيّر أبعاد الهيكل الخلوي، من الممكن أن نجعل الجذر يغير اتجاهه أسرع، ونستطيع بهذه الطريقة أن نقوّي النباتات عندما نقلّل تعرضها للملح».