درختان چگونه با یکدیگر صحبت می کنند؟

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

به گزارش فوربس، معمولاً اولین چیزی که بعد از ورود به جنگل متوجه آن می شویم 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، درخت به درخت و ریشه به ریشه وجود دارد. سکوتی که ما در مورد جنگل ها می دانیم فقط از منظر انسان وجود دارد.

سیستم توزیع اضطراری درختان در جنگل

گیاه شناسان دهه ها تلاش کرده اند تا تعیین کنند که آیا گیاهان به سادگی به محیط خود پاسخ می دهند یا اینکه واقعاً به روش های منحصر به فردی با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. این سوال در 10 سال گذشته موجی از تحقیقات را به راه انداخته 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، 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 از خود ساطع می کند. این ابر حاوی مواد شیمیایی موجود در هوا است که به سمت گیاهان همسایه شناور می شوند. گیاهان در منطقه اطراف پیام ارسال شده را تشخیص می دهند و شروع به آماده سازی دفاع خود می کنند. برخی آن را درنده می نامند، برخی بافت های خود را تقویت می کنند و برخی حتی به گیاهان بیشتری در مسیر باد هشدار می دهند.

این یافته‌ها در ژورنال Current Biology در مطالعه‌ای در سال ۲۰۱۹ منتشر شد که گیاه «علف طلایی» (Solidago altissima) را مورد بررسی قرار داد و نشانه‌ای بسیار خاص از ترکیبات آلی فرار را نشان داد که گیاهان هنگام حمله آزاد می‌کنند.

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

با توجه به نتایج این تحقیق ترکیبات آلی فرار شامل موارد زیر می باشد.

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 وسایل انتقال بین موجودات زنده هستند.تحقیقات بیشتر، مانند آنچه در “The Plant Journal” در سال 2021 منتشر شد، بر اساس این کشف است. این تحقیق نشان داد که ترپن ها به طور خاص به عنوان واسطه در 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 سایر موجودات زنده با استفاده از ترکیبات آلی فرار تعامل دارند. بزرگترین گروه از ترکیبات آلی فرار آزاد شده از گیاهان، ترپن ها هستند که شامل “ایزوپرن ها”، “مونو ترپن ها” و “سسکوی ترپن ها” هستند.

تا سال 2023 بود که محققان توانستند لحظه این ارتباط را مشاهده کنند. این تحقیق که در Nature Communications منتشر شده است، نشان می دهد که برخی از مواد فرار برگ سبز (زیر مجموعه ای از ترکیبات آلی فرار) یک آبشار سیگنالینگ سریع در گیاهان مجاور ترشح می کنند. این سیگنال را می توان معادل مولکولی زنگ هشدار در نظر گرفت.

محققان شرکت کننده در مطالعه سال 2023 دو ماده فرار مخصوص برگ سبز را شناسایی کردند که از برگ های آسیب دیده ساطع شده بودند. این مواد در عرض چند دقیقه سیگنال دهی کلسیم را در گیاهان همسایه تحریک کردند. این هجوم کلسیم نشان می دهد که گیاه گیرنده به طور فعال به زنگ هشدار هوا پاسخ می دهد، نه فقط سیگنال را بو می کند. 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، آبشار سریعی از کلسیم را در گیاهان مجاور آزاد می کنند. این سیگنال 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 گیاهان مجاور را تحریک می کند، حشرات شکارچی را جذب می کند و منجر به تولید فوری تانن، لیگنین و ترکیبات تلخ می شود. این دفاع غیرمستقیم (صدا کردن شکارچیان) در محصولاتی مانند ذرت به خوبی ثبت شده است.

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

3. خشکسالی و گرما. گیاهانی که در معرض تنش گرمایی قرار می‌گیرند، سیگنال‌های ترکیبی آلی فرار متفاوتی منتشر می‌کنند که گیاهان همسایه را به صرفه‌جویی در مصرف آب یا تغییر متابولیسم خود قبل از بدتر شدن شرایط تشویق می‌کند.

4. آسیب مکانیکی. طوفان ها و شاخه های شکسته می توانند باعث هشدار عمومی شوند و درختان را برای استرس فیزیکی بیشتر آماده کنند.

با این حال، سیستم پیام‌رسانی این واحدها تنها یکی از جنبه‌های ارتباط آنهاست. مطالعه‌ای که در سال 2024 در مجله Nature Plants منتشر شد، توضیح داد که ریشه‌های درختان زیرزمینی توسط شبکه‌های گسترده‌ای از قارچ‌های همزیست به نام میکوریزا به هم مرتبط هستند. این نوارهای نخ مانند می توانند ده ها و گاهی حتی صدها درخت منفرد را در یک جنگل به هم وصل کنند. بوم شناسان این سیستم زیرزمینی را «شبکه جنگلی وسیع» نامیده اند.

به لطف این ارتباطات قارچی، گیاهان می توانند فالوورهای خود را با یکدیگر مبادله کنند.

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

اگرچه برخی از دانشمندان هنوز نسبت به نسبت دادن نیت واقعی یا نوع دوستی به گیاهان و پیام های آنها مردد هستند، شواهد روزافزونی وجود دارد که گیاهان منابع مشترکی دارند و تحت شرایط خاصی استرس را کاهش می دهند.

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

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

با این حال، حتی شکاکان نیز حاضرند بپذیرند که گیاهان به روشی نسبتاً پیچیده یکدیگر را درک می کنند، سیگنال می دهند و به یکدیگر پاسخ می دهند. بنابراین سوال بهتر این است: این پیوند شیمیایی در مقیاس اکولوژیکی به چه معناست؟ پاسخ به این سوال به چهار عامل اصلی بستگی دارد.

1. افزایش استقامت. یک درخت مورد حمله می تواند واکنش های دفاعی را در یک منطقه وسیع ایجاد کند. در نتیجه، درختان می توانند گسترش علفخواران را کاهش داده و آسیب را محدود کنند.

2. استراتژی های بقا در سطح جامعه. به نظر می رسد جنگل های انبوه، که در آن اتصالات به طور کلی قوی است، در برابر آفات و شیوع بیماری ها بسیار مقاوم تر هستند.

3. سازگاری بهتر با فشارهای آب و هوایی. هنگامی که یک گیاه در معرض تنش آبی قرار می گیرد، سیگنال هایی که با انتشار ترکیبات آلی فرار ارسال می شود می تواند به گیاهان همسایه کمک کند تا سریعتر به حالت های مقاوم 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 گیاهان برای حفظ مسیرهای ارتباطی حیاتی است. بدون این شبکه‌ها، جنگل‌های جنگل‌شده ممکن است در حفظ انعطاف‌پذیری اکوسیستم‌های باستانی مشکل داشته باشند.

محققان هنوز در مراحل اولیه کشف 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 گفتگوهای پنهان جنگل می‌گشایند.

محققان آینده می توانند مکالمات شیمیایی را در زمان واقعی ترسیم کنند و نحوه انتقال پیام ها را در طول مایل ها از یک تاج جنگل به دیگری تماشا کنند.