ماجرای ماهیچه‌های نامرئی در تنه درختان؛ کشفی تازه که دانشمندان را شگفت‌زده کرد

به گزارش مجله خبری نگار،  دانشمندان کشف کرده‌اند که درختان می‌توانند شکل خود را حس کنند و تنه‌های خود را با استفاده از چوب مخصوصی که مانند ماهیچه‌های مخالف عمل می‌کند، صاف کنند. این توانایی قابل توجه به درختان کمک می‌کند تا وضعیت خود را حفظ کنند و می‌تواند منجر به جنگل‌های قوی‌تر، چوب بهتر و محصولات مقاوم‌تر شود.

درختان توانایی قابل توجهی در حس کردن شکل خود و تنظیم رشد برای صاف ماندن دارند. این آگاهی از موقعیت بدن که به عنوان حس عمقی شناخته می‌شود، زمانی تصور می‌شد که فقط در حیوانات وجود دارد.

این حس درونی به گیاهان اجازه می‌دهد تا وضعیت خود را کنترل کنند و تنظیماتی را انجام دهند که به آنها کمک می‌کند تا حد امکان صاف رشد کنند. اگرچه دانشمندان ثابت کرده بودند که گیاهان می‌توانند شکل خود را تشخیص دهند، اما فرآیند‌های بیولوژیکی مسئول تبدیل این اطلاعات به حرکت فیزیکی همچنان یک راز باقی مانده بود.

چگونه دانشمندان حس پنهان درختان را تشخیص دادند؟

گیاهان از انواع مختلفی از اطلاعات برای هدایت رشد خود استفاده می‌کنند. آنها به گرانش پاسخ می‌دهند، جهت نور خورشید را تشخیص می‌دهند و شکل و موقعیت ساقه‌های خود را کنترل می‌کنند. برای درک اینکه چگونه این حس درونی به طور مستقل کار می‌کند، محققان نیاز داشتند سیگنال‌های جهت‌دار ارائه شده توسط گرانش و نور را حذف کنند.

آنها یک سیستم آزمایشی غیرمعمول ایجاد کردند که برای جداسازی حس عمقی طراحی شده بود. درختان جوان روی یک سکوی افقی قرار داده شدند که حول محور خود درون یک کره می‌چرخید که از هر جهت به طور مساوی روشن شده بود. سکوی چرخان مانع از دریافت سیگنال جهت‌دار ثابت از گرانش توسط درختان می‌شد؛ در حالی که نور اطراف، نشانه‌هایی را در مورد جهت رشد آنها حذف می‌کرد.

این چیدمان به محققان اجازه داد تا بررسی کنند که چگونه درختان به شکل خود واکنش نشان می‌دهند، بدون اینکه به سیگنال‌های محیطی معمول تکیه کنند که بر رشد آنها تأثیر می‌گذارند.

چوب ماهیچه‌ای که به درختان کمک می‌کند تا خود را صاف کنند

آزمایش با درختان صنوبر جوان آغاز شد که به صورت افقی قرار گرفته بودند. با رشد درختان، ساقه‌های آنها به تدریج به سمت بالا خمیده شد و قسمت بالای آنها به حالت عمودی برگشت.

این واکنش به نوع خاصی از چوب به نام چوب کششی بستگی دارد. برخلاف چوب معمولی، چوب کششی می‌تواند در حین رشد، نیرو‌های کششی ایجاد کند. وقتی در امتداد قسمت بالایی ساقه تشکیل می‌شود، بسیار شبیه یک عضله منقبض عمل می‌کند و ساقه را به سمت بالا می‌کشد و باعث خم شدن آن می‌شود.

پس از تقریباً ده روز، هنگامی که درختان منحنی قابل توجهی ایجاد کردند، محققان آنها را به دستگاه آزمایش منتقل کردند. طی هفته‌های بعد، اتفاق قابل توجهی رخ داد. ساقه‌ها به جای حفظ شکل منحنی خود، به آرامی صاف شدند تا اینکه دوباره تقریباً صاف شدند.

برای تعیین علت این تغییر، تیم ساختار چوبی را بررسی کرد که در طول فرآیند صاف شدن ایجاد شده بود. آنها دریافتند که چوب کششی اولیه که در امتداد قسمت بالایی ساقه‌ها تشکیل شده بود و آنها را به سمت بالا می‌کشید، پس از فعال شدن سیستم آزمایشی، رشد خود را متوقف کرد. در همان زمان، چوب کششی یکسانی در طرف مقابل شروع به تشکیل کرد.

به نظر می‌رسد این چوب تازه تشکیل شده مانند یک عضله مخالف عمل می‌کند و نیروی کششی را در جهت دیگر تولید می‌کند. همانطور که نیرو‌ها در مقابل یکدیگر عمل می‌کردند، ساقه‌های خمیده به تدریج به شکل مستقیم بازگشتند.

تولید چوب کششی شامل توالی پیچیده‌ای از رویداد‌های بیولوژیکی است که در سطح سلولی کنترل می‌شوند. یافته‌ها نشان می‌دهد که حس درونی درخت از شکل خود به تنظیم این فرآیند کمک می‌کند و تعیین می‌کند که چوب کششی در کجا برای اصلاح وضعیت خود توسعه می‌یابد.

کشفی شگفت‌انگیز درباره چگونگی کنترل شکل درختان

پیش از این، دانشمندان معتقد بودند که چوب کششی فقط در قسمت بالایی ساقه‌ها تشکیل می‌شود؛ جایی که به بالا کشیدن آنها کمک می‌کند. این امر به ویژه در نزدیکی پایه درختانی که در دامنه‌های کوه رشد می‌کنند، قابل توجه است؛ جایی که تنه‌ها اغلب برای حفظ حالت عمودی نیاز به انحنا دارند.

تحقیقات جدید نشان می‌دهد که چوب کششی نقش متنوع‌تری دارد. این چوب می‌تواند در دو طرف مخالف ساقه رشد کند و نیرو‌ها را در جهات مختلف تولید کند؛ عملکردی بسیار شبیه به گروه‌های عضلانی مخالف که حیوانات برای حفظ حالت بدن و کنترل حرکت استفاده می‌کنند.

این کشف نشان می‌دهد که درختان دارای سیستم پیچیده‌ای برای هماهنگی رشد خود هستند. آنها اطلاعات مربوط به محیط اطراف خود (مانند نور و جاذبه) را با آگاهی درونی از شکل خود ترکیب می‌کنند. با پردازش این سیگنال‌ها، آنها می‌توانند محل رشد چوب کششی را تنظیم کرده و حالت بدن خود را بر اساس آن تنظیم کنند.

چرا این کشف برای جنگل‌ها و کشاورزی اهمیت دارد؟

توانایی حس کردن و اصلاح شکل بدن خود به ویژه زمانی مهم است که درختان با اختلالات محیطی مواجه می‌شوند. طوفان‌های شدید، رانش زمین و سایر رویداد‌های شدید می‌توانند درختان را خم یا جابجا کنند و این امر ظرفیت بازیابی حالت مناسب را برای تاب‌آوری آنها ضروری می‌کند.

درک این مکانیسم می‌تواند به طور فزاینده‌ای ارزشمند شود، زیرا تغییرات اقلیمی، جنگل‌ها را در معرض شرایط سخت‌تری قرار می‌دهد.

این یافته‌ها همچنین پیامد‌های عملی برای جنگلداری و کشاورزی دارند. دانشمندان با شناسایی گیاهانی که حس عمقی بسیار مؤثری دارند، ممکن است بتوانند گونه‌هایی را انتخاب کنند که صاف‌تر رشد می‌کنند، وضعیت بهتری را حفظ می‌کنند و چوب با کیفیت‌تری تولید می‌کنند.

در کشاورزی، همین دانش می‌تواند به محققان کمک کند تا غلاتی را توسعه دهند که احتمال افتادن آنها قبل از برداشت کمتر است. این مشکل که به عنوان خوابیدگی شناخته می‌شود، می‌تواند باعث کاهش قابل توجه عملکرد شود، زمانی که محصولات در اواخر فصل رشد از بین می‌روند.

این کشف همچنین می‌تواند کیفیت چوب را بهبود بخشد. تشکیل چوب کششی ضعیف و هماهنگ می‌تواند تنش‌های داخلی بیش از حد در درختان ایجاد کند که به طور بالقوه بر خواص چوب تولیدی آنها تأثیر می‌گذارد.

«برونو مولیا»، مدیر تحقیقات INRAE، توضیح داد:

"آنچه ما کشف کرده‌ایم یک حلقه حسی-حرکتی واقعی است که در قسمت‌های چوبی درختان فعالیت می‌کند! هماهنگی ضعیف در فعال‌سازی متوالی چوب کششی منجر به تنش داخلی بیش از حد می‌شود که می‌تواند بر کیفیت چوب تأثیر بگذارد. بنابراین، این یافته‌ها، تحقیقات کاربردی بیشتری را با هدف بهبود کیفیت چوب... و دستیابی به درختانی که تا حد امکان صاف و تا حد امکان ریلکس هستند، صرف نظر از هر مشکلی که زندگی برایشان ایجاد کند، تغییر شکل می‌دهند. "

این تحقیق همچنین بر اهمیت ترکیب تخصص از زمینه‌های مختلف علمی برای درک روش‌های پیچیده تعامل گیاهان با محیط خود تأکید می‌کند.

«فلیکس هارتمن»، مهندس تحقیقات INRAE، بر تلاش مشترک پشت این کشف تأکید کرد:

"آشکارسازی قابلیت‌های قابل توجه درختان نیاز به نبوغ زیادی دارد. در این پروژه، ما با گرد هم آوردن محققانی از رشته‌های مختلف، با مهارت‌ها و دیدگاه‌های مکمل، به آن دست یافتیم. این امر نیاز به زمان و پشتکار دارد، اما این اکتشافات بین رشته‌ای نشان می‌دهد که این تلاش ارزشمند است. "

نتایج این پژوهش در ژورنال New Phytologist منتشر شده است.