لقد رأى الجميع كيف تنبت الهندباء الرقيقة أو شجرة البتولا الصغيرة لتقسم ألواح الأسفلت والخرسانة بسمك عدة سنتيمترات. وحتى وقت قريب، كان هذا يعتبر مجرد مظهر من مظاهر القوة الغاشمة. دراسة جديدة نشرت في المجلة طبيعة، أثبت العكس – إنها هندسة حيوية عالية الدقة، مصقولة بملايين السنين من التطور.

لماذا يعتبر ضغط التربة كارثة عالمية؟

الآلات الزراعية الثقيلة والرعي والتآكل على المدى الطويل تحول التربة الخصبة إلى قشرة كثيفة. لا يمكن لجذور معظم النباتات المزروعة أن تخترق عمقًا يزيد عن 20-30 سم. ونتيجة لذلك، يظل نظام الجذر سطحيًا ولا يصل إلى احتياطيات عميقة من الرطوبة والمواد المغذية. في الجفاف الأول، تموت المحاصيل. وفقا لمنظمة الأغذية والزراعة (منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة)، سنويا تتجاوز الخسائر الزراعية العالمية الناجمة عن ضغط التربة 60 مليار دولار.

نفس الحيلة للميدان والرصيف

علماء الأحياء البريطانيون من جامعة نوتنغهام تحت قيادة الدكتور بيبين باندي، قاموا بدراسة جذور الأرز لعدة سنوات واكتشفوا شيئًا مذهلاً: نفس الآلية التي تسمح للأعشاب الضارة بتقسيم الخرسانة تعمل في التربة المضغوطة العادية.

بمجرد أن يواجه طرف الجذر مقاومة لا يمكن التغلب عليها، يزداد تركيز هرمون الإيثيلين الغازي بشكل حاد في الخلايا المحيطة. هذا إنذار.

يقول الدكتور باندي: “عندما تصبح التربة مضغوطة، يتراكم الإيثيلين حول الجذر. ويستشعر الجذر هذه الإشارة ويبدأ في إعادة بناء بنيته بالكامل”.

إعادة البناء في غضون ساعات

يقوم الإيثيلين على الفور بتنشيط الجين OsARF1. يعمل هذا كمفتاح رئيسي: في الطبقة الوسطى من الخلايا الجذرية (الأديم الباطن)، ينخفض ​​إنتاج السليلوز بشكل حاد. تفقد الخلايا صلابتها، وتصبح رقيقة ومرنة، وتمتلئ بالماء تحت ضغط هائل وتبدأ في الانتفاخ على الجوانب، مما يخلق ضغطًا يصل إلى 10-15 ضغطًا جويًا – مثل الرافعة الهيدروليكية.

في الوقت نفسه، تتلقى الطبقة الخارجية من الخلايا – البشرة واللحمة – الأمر المعاكس. هناك، يزداد تخليق السليلوز واللجنين بشكل كبير، وتتكاثف الجدران وتصبح خشبية، وتتحول إلى درع حقيقي. وهذا يخلق التصميم الهندسي المثالي: قلب ناعم ومتوسع وقشرة خارجية شديدة الصلابة. هذا هو السبب في أن الجذر الرقيق قادر على إبعاد جزيئات التربة الكثيفة.

“بعبارة أخرى، يتصرف الجذر كجسم ميكانيكي مصمم بشكل مثالي: كلما كان الهيكل أوسع وأقوى قشرته الخارجية، كان بإمكانه مقاومة الانحناء تحت الضغط بشكل أفضل”، يوضح بيبين باندي.

ويضيف البروفيسور ستافان بيرسون من جامعة كوبنهاغن: “إنه لأمر مدهش أن نرى كيف تستخدم النباتات استراتيجيات ميكانيكية تعكس المبادئ المستخدمة في الهندسة المدنية. لقد حلت الطبيعة مشكلة مقاومة التربة بطريقة أنيقة ومُحسّنة للغاية”.

من الأعشاب الضارة إلى أصناف جديدة

الآن يعرف المربون الهدف الدقيق. يكفي زيادة الحساسية للإيثيلين أو زيادة نشاط الجين OsARF1 – وأصناف جديدة من القمح والذرة وفول الصويا والأرز نفسها سوف تتحول إلى أسافين حية تخترق التربة المضغوطة والقشور الميدانية إلى عمق يصل إلى متر أو أكثر. وستكون هذه النباتات قادرة على تحمل فترات الجفاف الطويلة، وتقليل الحاجة إلى الري بشكل كبير وإنتاج محصول مستقر حتى في الأراضي الأكثر تدهورًا.

ومع تجاوز مساحة التربة المضغوطة في العالم بالفعل 68 مليون هكتار واستمرارها في النمو بسبب تغير المناخ والميكنة، يمكن أن يصبح هذا الاكتشاف أحد الأدوات الرئيسية للأمن الغذائي في القرن الحادي والعشرين.