اكتشف العلماء أخيراً كيف يمكن لنبات صحراوي غريب أن يزدهر في واحدة من أكثر الأماكن حرارة على وجه الأرض. اتضح أن النبات المحبوب يعيد ترتيب أجزائه الداخلية عندما ترتفع درجة الحرارة.

كثيرًا ما يواجه وادي الموت في كاليفورنيا ظروفًا قاسية.. الصيف درجات الحرارة ترتفع في كثير من الأحيان فوق 120 درجة فهرنهايت (49 درجة مئوية) في الظل. تذبل معظم النباتات في مواجهة هذه الحرارة، إلا نباتًا واحدًا، المد والجزر المستطيل، يزدهر.

الآن، وجد الباحثون أن هذه الشجيرات المزهرة ذات اللون الرمادي والأخضر تنمو أوراقًا أصغر حجمًا وتعيد ترتيب دواخلها لتزدهر في الظروف شديدة الحرارة. ووجدوا أيضًا أن الشجيرة تتمتع بأفضل قدرة على تحمل الحرارة من خلال التمثيل الضوئي، أي القدرة على التمثيل الضوئي في درجات حرارة عالية مقارنة بأي نبات معروف.

البحث تم نشره في 17 نوفمبر في مجلة Current Biology.

تغير المناخ هو مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة العالمية وزيادة تواتر موجات الحرارة. الحرارة هي بالفعل خفض غلة المحاصيل للأغذية الأساسية مثل القمح والذرة، والعلماء والمسؤولون كذلك قلقون بشأن ما يعنيه ذلك بالنسبة للأمن الغذائي مع استمرار ارتفاع درجات الحرارة.

النباتات المحبة للحرارة مثل T. مستطيلة الأوراقيمكن أن يحمل الأسرار التي تساعد النباتات الأخرى على تحمل الحرارة والحفاظ على الطعام في أطباق الناس. “إن فهم تكيفاتها يمكن أن يساعد الباحثين في تصميم المحاصيل والبيئات واستراتيجيات الإدارة لتحسين النمو في ظل درجات حرارة مرتفعة متكررة وطويلة الأمد” ، مؤلف مشارك في الدراسة. سيونج ريوقال عالم الأحياء النباتية ومدير معهد مرونة النبات بجامعة ولاية ميشيغان لموقع Live Science.

لقد عرف العلماء منذ عقود أن هناك شيئًا مميزًا T. مستطيلة الأوراق. عند درجات الحرارة المرتفعة، فإن معدل معظم النباتات الأخرى التمثيل الضوئي يرفض. ولكن في عام 1972، أظهر الباحثون ذلك T. مستطيلة الأوراق‘s بلغت عملية التمثيل الضوئي ذروتها عند 117 فهرنهايت (47 درجة مئوية).).ولمعرفة كيف يمكن للنباتات القوية الاستمرار في عملية التمثيل الضوئي والازدهار بينما تذبل النباتات الأخرى، قام الباحثون في الدراسة الجديدة بجمع البذور من وادي الموت وزرعوا النباتات في حاويات النمو. عندما كان عمر النباتات ثمانية أسابيع، أخضعها العلماء لظروف وادي الموت لمدة شهر. ثم لاحظوا استجابات النباتات، مثل كمية ثاني أكسيد الكربون التي امتصتها.

خلال يومين، T. مستطيلة الأوراق وقد كثفت معدل التمثيل الضوئي. وبعد 10 أيام، تضاعفت كتلتها الحيوية ثلاث مرات بفضل وفرة من الأوراق التي كانت أصغر من تلك التي تنتجها في درجات حرارة منخفضة.

لكن التغيير المفاجئ حقًا حدث داخل المصنع. ووجد العلماء أنه تطور أكثر الميتوكوندريا، وهي مراكز الطاقة – أو البطاريات – داخل الخلية. وكانت هذه الميتوكوندريا أيضًا أكثر قدرة على الحركة وقادرة على الاقتراب من مواقعها التمثيل الضوئيوالتي تتم داخل عضيات خاصة تسمى البلاستيدات الخضراء.

“يقوم هذا النبات بتحريك الميتوكوندريا، مما يقلل من حجمها، ولكن يزيد من كثافتها بحيث تكون هناك مراكز طاقة مركزة حول البلاستيدات الخضراء.” أندي ليوقال عالم بيئة النبات في جامعة التكنولوجيا سيدني في أستراليا والمتخصص في النباتات المحبة للحرارة ولم يشارك في البحث، لموقع Live Science.

استجابةً لدرجات الحرارة القاسية في وادي الموت، تغيرت البلاستيدات الخضراء في النبات أيضًا من شكل بيضاوي إلى شكل يشبه الكوب، وهو أمر شوهد سابقًا في الطحالب ولكن ليس في النباتات التي تحتوي على العديد من البلاستيدات الخضراء في نفس الخلية. الباحثون ليسوا متأكدين من كيفية تعزيز شكل الكأس لعملية التمثيل الضوئي والبقاء على قيد الحياة.

T. مستطيلة الأوراق يعيد أيضًا توصيله نسخةوهو عبارة عن نص لجميع رسائل الحمض النووي الريبي (RNA) التي تنتجها الخلية في وقت معين ويشير إلى الجينات التي يتم استخدامها أو التعبير عنها. ركزت بعض الجينات النشطة على الاستجابة للحرارة ونظام إصلاح النبات.

وقال ري إن الخطوة التالية للفريق ستكون تحديد وتوصيف الجينات المرشحة لتضييق نطاق كيفية بقاء النبات على قيد الحياة. ومن الممكن أن يمكّن ذلك الباحثين من إيجاد طرق جديدة لمساعدة النباتات الأخرى على البقاء على قيد الحياة في درجات الحرارة المرتفعة.

“إن الآليات التي تؤدي إلى حساسية درجة الحرارة معروفة جيدًا، لكن الاستراتيجيات للتغلب على أوجه القصور هذه لا تزال قيد التطوير”. كارل بيرناتشيوقال باحث المحاصيل في جامعة إلينوي أوربانا شامبين والذي لم يشارك في البحث لـ Live Science. وقال إن الرؤى الجديدة توفر “خارطة طريق للتغلب على هذه التحديات”.

T. مستطيلة الأوراقوأضاف أن استراتيجيات المنظمة للبقاء والازدهار في درجات الحرارة المرتفعة يمكن أن “تساعد في زيادة مرونة المحاصيل ليس فقط للمستقبل، ولكن أيضًا لأجزاء من العالم التي تعاني من انعدام الأمن الغذائي حاليًا”.

كان لي متحمسًا للبحث الجديد. T. مستطيلة الأوراق وقالت: “يمكنها إعادة تشكيل آلية التمثيل الضوئي فعليًا عندما تكون الرقائق معطلة، والحفاظ على وظيفة التمثيل الضوئي عندما يكون الأمر مرهقًا. وهذا رائع حقًا”.

وقال لي، الذي يدرس النباتات المحبة للحرارة في صحاري أستراليا الحارقة، إن العلماء ما زالوا يجهلون الكثير عن الكائنات الحية التي تعيش في البيئات القاسية.

وقالت: “هذا النوع بالذات يشبه الحشائش، وهو شيء فظيع حقًا يمكنك التغاضي عنه”. “هناك نباتات غريبة حقًا تقوم بأشياء غريبة يمكن أن تكون المفتاح لتحسين محاصيلنا.”