اكتشف علماء الأحياء النباتية كيفية استخدام عباد الشمس لساعتها البيولوجية الداخلية ، التي تعمل على هرمونات النمو ، لمتابعة الشمس خلال النهار أثناء نموها.

يقول ستايسي هارمر ، أستاذ علم الأحياء النباتية بجامعة كاليفورنيا في ديفيس ، وكبير مؤلفي ورقة في المجلة: "إنه أول مثال على نمو النبات على مدار الساعة في بيئة طبيعية ، وله مضاعفات حقيقية على النبات". علوم.

هارمر هو عالم أحياء جزيئي يدرس الساعات اليومية ، عادة في المعمل ل arabidopsis، والتي هي أصغر من عباد الشمس. في السابق ، كان مختبر هارمر قد اكتشف روابط بين الجينات "على مدار الساعة" وهرمون النبات الأوكسين ، الذي ينظم النمو. لكن الباحثين احتاجوا إلى مثال للعمل ، ووجدوه في عباد الشمس.

مواجهة الطريق الخاطئ

تبدأ عباد الشمس المتنامي في اليوم برؤوسهم التي تواجه الشرق ، تتأرجح غربًا خلال النهار ، وتعود إلى الشرق ليلاً.

يقول هارمر: "إن المحطة تتوقع توقيت الفجر واتجاهه ، وبالنسبة لي يبدو ذلك كسبب لوجود علاقة بين الساعة ومسار النمو". وقد وصف العلماء إلى حد ما 1898 هذا السلوك من عباد الشمس ولكن لم يكن أحد يعتقد سابقا لربط ذلك مع إيقاع الساعة البيولوجية.

أجرى هاجوب أتاميان ، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في مختبر هارمر ، بالتعاون مع مختبر بنيامين بلاكمان المتعاون في جامعة فيرجينيا (الآن في جامعة كاليفورنيا بيركلي) ، سلسلة من التجارب مع عباد الشمس في الحقل ، في الأواني في الهواء الطلق ، وفي غرف النمو في الأماكن المغلقة .

من خلال زرع النباتات بحيث لا يستطيعون التحرك ، أو تحويل النباتات المحفوظه بوعاء حولها يوميا بحيث أنهم كانوا يواجهون الطريق الخطأ ، وأظهر اتاميان أنه يمكن أن يعطل قدرتها على تعقب الشمس. بعد الشمس يوفر دفعة نمو للنباتات. ووجد الباحثون ان عباد الشمس المعلقين حتى لا يستطيعوا التحرك قللوا الكتلة الحيوية ومساحة الورقة الاقل من تلك التي تفعلها.

عندما تم نقل النباتات إلى غرفة نمو داخلية مع ضوء علوي متحرك ، استمروا في التأرجح ذهابًا وإيابًا لبضعة أيام. هذا هو نوع السلوك الذي تتوقعه من آلية تدفعها ساعة داخلية ، كما يقول هارمر.

وأخيرًا ، بدأت النباتات الداخلية في تتبع "الشمس" مرة أخرى عندما تم تحريك المصدر الظاهري للإضاءة عبر غرفة النمو عن طريق تشغيل وإطفاء الأنوار المجاورة أثناء النهار. يمكن للنباتات أن تتعقب بشكل موثوق الحركة والعودة ليلاً عندما كان اليوم الاصطناعي قريبًا من دورة 24-hour ، ولكن ليس عندما كان أقرب إلى ساعات 30.

شرق و غرب

إذاً كيف تحرك النباتات سيقانها خلال النهار؟ وضع Atamian نقاط الحبر على السيقان وصوّرها بكاميرا فيديو. على الفيديو الزمني ، يمكنه قياس المسافة المتغيرة بين النقاط.

ووجد أن الجانب الشرقي من الجذع عندما كانت النباتات تتعقب الشمس نمت بسرعة أكبر من الجانب الغربي. في الليل ، نما الجانب الغربي أسرع كلما تأرجح الجذع في الاتجاه الآخر. حدد الفريق عددًا من الجينات التي تم التعبير عنها بمستويات أعلى على الجانب الشمسي للنبات خلال النهار ، أو على الجانب الآخر في الليل.

يقول هارمر إنه يبدو أن هناك آليتين للنمو في العمل في جذع عباد الشمس. يحدد الأول معدلًا أساسيًا للنمو في المصنع ، استنادًا إلى الضوء المتاح. أما الثانية ، التي تسيطر عليها الساعة اليومية وتتأثر باتّجاه الضوء ، فتتسبب في أن ينمو الجذع على جانب واحد أكثر من الآخر ، ومن ثم يسيطر على الشرق إلى الغرب خلال النهار.

عندما ينضج دوار الشمس وتفتح الزهرة ، يتباطأ النمو الكلي ، وتتوقف النباتات عن الحركة خلال النهار وتستقر في مواجهة الشرق. ويبدو أن السبب في ذلك هو أنه مع تباطؤ النمو الكلي ، تضمن الساعة البيولوجية أن النبات يتفاعل بقوة أكبر مع الضوء في الصباح الباكر مما هو عليه في فترة ما بعد الظهر أو المساء ، وبالتالي يتوقف تدريجياً عن التحرك غربًا خلال النهار.

"النحل مثل الزهور الدافئة"

لماذا تتجه عباد الشمس الناضجة شرقًا؟ نما الباحثون عباد الشمس في القدور في الحقل ، وقاموا بتدوير بعضهم في الغرب. من خلال قياس الزهور باستخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء ، وجدوا أن عباد الشمس المواجه للشرق يسخن بسرعة أكبر في الصباح - كما أنه جذب خمسة أضعاف عدد الحشرات الملقحة. أدى تسخين الزهور التي تواجه الغرب مع سخان محمول إلى جلب المزيد من الملقحات إلى الأزهار.

"النحل مثل الزهور الدافئة ،" يقول هارمر.

تقول آن سيلفيستر ، مديرة البرنامج: "مثل الناس ، تعتمد النباتات على الإيقاعات اليومية ليلاً ونهارًا لتعمل". "عباد الشمس ، مثل صفائف الألواح الشمسية ، تتبع الشمس من الشرق إلى الغرب. يستفيد هؤلاء الباحثون من المعلومات الموجودة في جينوم عباد الشمس لفهم كيف ولماذا تتعقب زهرة الشمس الشمس ".

المؤلفون الإضافيون للورقة هم نيكي كروكس في جامعة كاليفورنيا ديفيس ، وإيفان براون وأوستن غارنر في جامعة فيرجينيا. دعم برنامج أبحاث الجينوم النباتي التابع لمؤسسة العلوم الوطنية هذا العمل.

المصدر جامعة كاليفورنيا في ديفيس

كُتبٌ ذاتُ صِلَةٍ

at سوق InnerSelf و Amazon