درخت‌ها چطور با هم صحبت می‌کنند؟

به گزارش ایسنا، اگر فکر می کنید ما انسان ها تنها موجوداتی هستیم که با هم صحبت می کنیم، کاملا در اشتباه هستید.

به گزارش فوربس، معمولا اولین چیزی که بعد از ورود به جنگل توجه ما را به خود جلب می کند سکوت است. ممکن است متوجه خش‌خش برگ‌های کاج، صدای جیک پرندگان یا باد شوید، اما در هر صورت، ما جنگل‌ها را مکان‌هایی آرام و آرام می‌دانیم. با این حال، ما نمی دانیم که در زیر این آرامش، تبادل مداوم پیام های شیمیایی از برگ به برگ، از درخت به درخت و از ریشه به ریشه وجود دارد. سکوتی که ما در مورد جنگل ها می دانیم فقط از منظر انسانی وجود دارد.

سیستم توزیع اضطراری درختان در جنگل

گیاه شناسان دهه ها تلاش کرده اند تا تعیین کنند که آیا گیاهان صرفاً به محیط اطراف خود واکنش نشان می دهند یا اینکه واقعاً به روش منحصر به فرد خود با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. این سوال در 10 سال اخیر موجی از تحقیقات را برانگیخته است و پاسخ آن به طور فزاینده ای روشن شده است. تحقیقات نشان می دهد که گیاهان واقعاً صحبت می کنند و گیاهان دیگر می توانند آنها را درک کنند.

صحبت کردن در اینجا یک استعاره نیست، اما به معنای ارتباط آنطور که ما می دانیم نیست، بلکه به معنای صحبت کردن از نظر شیمی است.

هنگامی که درخت مورد حمله حشرات یا تهدیدات محیطی قرار می گیرد، ابری از ترکیبات آلی فرار آزاد می کند. این ابر حاوی مواد شیمیایی موجود در هوا است که به سمت گیاهان همسایه شناور می شوند. گیاهان اطراف قادر به تشخیص پیام ارسال شده و سپس آماده سازی دفاع خود هستند. برخی شکارچیان می نامند، برخی دیگر بافت های خود را تقویت می کنند و برخی حتی به گیاهان بیشتری در مسیر باد هشدار می دهند.

این یافته ها در یک مطالعه در سال 2019 در مجله Current Biology منتشر شد که گیاه “علف طلایی” (Solidago altissima) را مورد بررسی قرار داد و نشانه بسیار خاصی از ترکیبات آلی فرار را نشان داد که گیاهان هنگام حمله آزاد می کنند.

به گزارش ساینس دایرکت، ترکیبات آلی فرار گیاهان حامل اصلی اطلاعات و وسیله انتقال آنها بین موجودات زنده هستند و واسطه بسیاری از فعل و انفعالات اکولوژیکی هستند. امضاهای VOC اساساً به عنوان یک سیگنال شیمیایی برای درخواست کمک عمل می کنند. در آن تحقیق مشاهده شد که گیاهان مجاور در عرض چند ساعت با افزایش ترکیبات دفاعی خود واکنش نشان می دهند.

بر اساس نتایج آن تحقیق، ترکیبات آلی فرار شامل موارد زیر است.

1. ترپن ها. رایحه کاج که می تواند گیاهخواران را دفع کند.

2. فرارهای برگ سبز مانند “cis-3-hexenal” (cis-3-hexenal) که توسط برگهای آسیب دیده تولید می شود.

3. «یاسموناتس» (Jasmonates). ترکیبات هورمون مانندی که ژن های دفاعی را فعال می کنند.

ترکیبات آلی فرار گیاهی حامل اصلی اطلاعات و وسیله انتقال آنها بین موجودات زنده هستند.تحقیقات بیشتر، مانند تحقیقات منتشر شده در “The Plant Journal” در سال 2021، بر اساس این کشف بود. آن تحقیق به طور خاص نشان داد که ترپن ها به عنوان واسطه ارتباط گیاه به گیاه عمل می کنند. به عبارت دیگر، آنها به گیاهان کمک می کنند تا اطلاعاتی در مورد تهدیدات بالقوه مانند گیاهخواران، پاتوژن ها و حتی عوامل استرس زای محیطی منتقل کنند.

بر اساس وب سایت رسمی مرکز ملی اطلاعات بیوتکنولوژی ایالات متحده (NCBI)، گیاهان با استفاده از ترکیبات آلی فرار با سایر موجودات زنده تعامل دارند. بزرگترین گروه از ترکیبات آلی فرار آزاد شده از گیاهان، ترپن ها هستند که شامل «ایزوپرن ها»، «مونوترپن ها» و «سسکوی ترپن ها» می شود.

تا سال 2023 محققان توانستند شاهد لحظه این ارتباط باشند. تحقیقات منتشر شده در Nature Communications نشان می دهد که مواد فرار خاص برگ سبز (زیر مجموعه ای از ترکیبات آلی فرار) یک آبشار سیگنالینگ سریع از کلسیم را در گیاهان مجاور آزاد می کنند. این سیگنال دهی را می توان معادل مولکولی زنگ هشدار در نظر گرفت.

محققان شرکت‌کننده در مطالعه سال 2023 دو ماده فرار مخصوص برگ سبز را شناسایی کردند که از برگ‌های آسیب‌دیده ساطع می‌شوند. این مواد به نوبه خود سیگنالینگ کلسیم را در گیاهان مجاور در عرض چند دقیقه تحریک کردند. این شار کلسیم نشان می دهد که کارخانه دریافت کننده نه تنها سیگنال را بو می کند، بلکه به طور فعال به هشدار هوایی پاسخ می دهد. ظرف چند دقیقه، کارخانه دریافت کننده شروع به تخصیص مجدد منابع، تغییر اولویت های شیمیایی و تقویت بافت های خود قبل از رسیدن خطر می کند.

درختان چه می گویند؟

گیاه شناسان شروع به رمزگشایی پیام های پنهان در ارتباطات شیمیایی گیاهان کرده اند. جالب اینجاست که موضوعات مطرح شده در این گفتگوها به طرز شگفت انگیزی متنوع است.

فرارهای خاص برگ سبز یک آبشار سیگنالینگ سریع از کلسیم را در گیاهان مجاور آزاد می کنند. این سیگنال دهی را می توان معادل مولکولی زنگ هشدار در نظر گرفت.

1. خطر حشرات. هنگامی که کرم ها برگ ها را می جوند، گیاه آسیب دیده ترکیبات آلی فراری را آزاد می کند که به گیاهان مجاور هشدار می دهد، شکارچیان حشرات را جذب می کند و منجر به تولید فوری تانن، لیگنین و ترکیبات تلخ می شود. این دفاع غیرمستقیم (صدای شکارچیان) به خوبی در محصولاتی مانند ذرت ثبت شده است.

2. تهدید عوامل بیماری زا. گیاهان آلوده به قارچ ها یا باکتری ها سیگنال هایی را منتشر می کنند که پاسخ های ایمنی را در گیاهان همسایه فعال می کند. در برخی گونه ها، آماده سازی سیستم ایمنی ممکن است هفته ها طول بکشد.

3. خشکسالی و گرما. گیاهان تحت تنش گرمایی سیگنال های مختلفی از ترکیبات آلی فرار منتشر می کنند که گیاهان همسایه را وادار می کند آب را حفظ کنند یا متابولیسم خود را قبل از بدتر شدن شرایط تغییر دهند.

4. آسیب مکانیکی. طوفان و شاخه های شکسته می تواند باعث ایجاد زنگ خطر عمومی شود و درختان را برای استرس فیزیکی بیشتر آماده کند.

با این حال، سیستم پیام هوایی گیاهان تنها یکی از جنبه های ارتباط آنها است. یک مطالعه در سال 2024 که در مجله Nature Plants منتشر شد، توضیح داد که ریشه‌های درختان زیرزمینی توسط شبکه‌های وسیعی از قارچ‌های همزیست به نام میکوریزا به هم متصل هستند. این رشته های نخ مانند می توانند ده ها و گاهی حتی صدها درخت منفرد را در سراسر یک جنگل به هم وصل کنند. بوم شناسان این سیستم زیرزمینی را «شبکه جنگلی گسترده» نامیده اند.

از طریق این اتصالات قارچی، گیاهان می توانند موارد زیر را با یکدیگر مبادله کنند.

• کربن و نیتروژن
• آب
• هورمون استرس
• مواد شیمیایی دفاعی
• سیگنال های الکتریکی

اگرچه برخی از دانشمندان هنوز در نسبت دادن نیت واقعی یا نوع دوستی به گیاهان و پیام های آنها مردد هستند، شواهد فزاینده ای وجود دارد که آنها منابع را به اشتراک می گذارند و تحت شرایط خاص استرس را کاهش می دهند.

آیا درختان واقعا حرف می زنند یا ما اغراق می کنیم؟

همه دانشمندان در مورد تفسیر تحقیقات در مورد ارتباطات گیاهی موافق نیستند. برخی معتقدند که گیاهان صرفاً ماشین های بیوشیمیایی هستند که به نشانه های محیطی واکنش نشان می دهند. برخی دیگر معتقدند که این پیچیدگی نکات بیشتری را نشان می دهد. از جمله رفتار هماهنگ و استراتژی های تکامل یافته که به نفع کل جوامع گیاهی است.

با این وجود، حتی افراد شکاک نیز حاضرند بپذیرند که گیاهان با پیچیدگی قابل توجهی به یکدیگر ادراک می کنند، سیگنال می دهند و به یکدیگر پاسخ می دهند. بنابراین، سوال بهتر این است که این اتصال شیمیایی در مقیاس اکولوژیکی به چه معناست؟ پاسخ به این سوال به چهار عامل اصلی بستگی دارد.

1. انعطاف پذیری را افزایش دهید. درختی که مورد حمله قرار گرفته است می تواند واکنش های دفاعی را در یک منطقه بزرگ ایجاد کند. در نتیجه، درختان می توانند گسترش علفخواران را کاهش داده و آسیب را محدود کنند.

2. راهبردهای بقا در سطح جامعه. جنگل های انبوه، که در آن اتصالات معمولا قوی هستند، در برابر آفات و شیوع بیماری ها بسیار مقاوم تر به نظر می رسند.

3. سازگاری بهتر با تنش های اقلیمی. هنگامی که گیاه تحت تنش آبی قرار می گیرد، هشدارهای ارسالی از طریق انتشار ترکیبات آلی فرار می تواند به گیاهان همسایه کمک کند تا سریعتر به حالت های متحمل به خشکی تبدیل شوند.

4. تغییر در مدیریت جنگل. برخی از دوستداران محیط زیست اکنون بر این باورند که حفظ شبکه های قارچی و تنوع گیاهی برای حفظ مسیرهای ارتباطی حیاتی است. جنگل‌هایی که بدون این شبکه‌ها دوباره کاشته می‌شوند ممکن است برای دستیابی به انعطاف‌پذیری اکوسیستم‌های قدیمی‌تر دچار مشکل شوند.

محققان هنوز در مراحل اولیه رمزگشایی ارتباطات گیاهی هستند، اما فناوری‌های نوظهوری مانند حسگرهای ژنتیکی، آشکارسازهای ترکیبات آلی فرار موجود در هوا و تصویربرداری شبکه ریشه درهای جدیدی را به روی مکالمات پنهان جنگل می‌گشایند.

محققان آینده ممکن است مکالمات شیمیایی را در زمان واقعی ترسیم کنند و نحوه انتقال پیام ها از یک تاج جنگل به جنگل دیگر را در طول مایل ها ردیابی کنند.