آیا قطره‌های شبنم می‌توانند علت شکوفه‌دادن زود هنگام گیاهان را توضیح دهند؟

مطالعه‌ای تازه نشان می‌دهد قطره‌های آب با راه‌اندازی واکنش‌های شیمیایی خاص به گیاه می‌گویند زمان شکوفه دادن فرا رسیده است.

کد خبر: ۹۱۵۱۸۶

تاریخ: ۰۷ فروردين ۱۴۰۵ - ۱۳:۵۰

زومیت: مطالعه‌ای تازه نشان می‌دهد قطره‌های آب با راه‌اندازی واکنش‌های شیمیایی خاص به گیاه می‌گویند زمان شکوفه دادن فرا رسیده است.

در سال‌های اخیر، دانشمندان در نقاط مختلف جهان با پدیده‌ای روبه‌رو شده‌اند که در نگاه اول ساده به نظر می‌رسد، اما پیامدهای عمیقی برای اکوسیستم‌ها و کشاورزی دارد: بسیاری از گیاهان زودتر از گذشته گل می‌دهند. گرمایش زمین متهم اصلی این تغییر است، اما بررسی‌ها نشان می‌دهد افزایش دما به‌تنهایی نمی‌تواند همه ماجرا را توضیح دهد.

آزمایش‌ها نشان داده‌اند که اگر گیاهان را در گلخانه پرورش دهیم و فقط دما را به اندازه گرمایش جهانی بالا ببریم، لزوماً زودتر گل نمی‌دهند، پس عامل دیگری در کار است. اکنون، نتایج مطالعه‌ای جدید می‌گوید شاید پاسخ این معما نه در خود گرما، بلکه در قطره‌های ریز شبنمی نهفته باشد که در هوای مرطوب‌ترِ بهار، زودتر از قبل روی برگ‌ها می‌نشینند و با راه‌اندازی واکنش‌هایی شیمیایی، به گیاه علامت می‌دهند که زمان شکوفه دادن فرا رسیده است.

ریچارد زاره، شیمی‌دان دانشگاه استنفورد آمریکا که سرپرستی پژوهش را بر عهده داشته، می‌گوید: «باز هم پای گرمایش جهانی در میان است، اما نه به شکل مستقیم و آشکار. وقتی هوا گرم‌تر می‌شود، رطوبت جو هم افزایش پیدا می‌کند و این یعنی شبنم در روزهای زودتری از سال تشکیل می‌شود.»

شبنم زمانی شکل می‌گیرد که دمای سطح برگ‌ها در طول شب کاهش پیدا می‌کند و بخار آب موجود در هوا روی آن‌ها به صورت قطره‌های بسیار ریز می‌نشیند. نکته مهم اینجاست که این قطره‌های ریز، از نظر شیمیایی رفتاری متفاوت از حجم‌های بزرگ آب دارند.

اما داستان کشف جدید از جایی دیگر آغاز شد. به‌گزارش ساینس، چند سال پیش، زاره و بولِی چن، همکار او و شیمی‌دان محیط‌زیست از آکادمی علوم چین، دریافتند که قطره‌های ریز آب وقتی روی سطح جامد غیرآلی مانند دانه‌های خاک تشکیل می‌شوند، می‌توانند واکنش‌های شیمیایی غیرمنتظره‌ای ایجاد کنند. در سطح این قطره‌ها مولکول‌هایی بسیار واکنش‌پذیر به نام «رادیکال» شکل می‌گیرد. رادیکال‌ها مولکول‌هایی هستند که یک الکترون جفت‌نشده دارند و به همین دلیل به‌شدت تمایل دارند با مواد دیگر واکنش دهند.

با گرم‌تر شدن هوا در نتیجه تغییرات اقلیمی، رطوبت جو افزایش می‌یابد و شبنم در روزهای زودتری از بهار شکل می‌گیرد

در سال ۲۰۲۳، دو پژوهشگر در شانگهای هنگام صرف شام درباره یافته‌های قبلی خود گفت‌وگو می‌کردند. همان‌جا این پرسش مطرح شد: اگر چنین قطره‌های واکنش‌پذیری روی یک سطح زنده، مانند برگ گیاه، تشکیل شوند چه اتفاقی می‌افتد؟

برای یافتن پاسخ، آن‌ها سراغ یکی از مهم‌ترین گیاهان مدل آزمایشگاهی رفتند: رَشادی گوش‌موشی یا آرابیدوپسیس تالیانا (Arabidopsis thaliana). این گیاه کوچک گلدار از خانواده شب‌بویان است؛ یعنی همان خانواده‌ای که کلم، بروکلی و تربچه هم به آن تعلق دارند. دلیل انتخاب این گیاه آن است که ساختار ژنتیکی و مسیرهای مولکولی‌اش به‌خوبی شناخته شده و سال‌هاست در تحقیقات زیست‌شناسی گیاهی استفاده می‌شود.

آزمایش‌های دقیق مولکولی نشان داد وقتی قطره‌های شبنم روی برگ‌های آرابیدوپسیس تالیانا تشکیل می‌شود، در سطح آن‌ها واکنش‌هایی رخ می‌دهد که به تولید اتم‌های هیدروژن و رادیکال‌های هیدروکسیل منجر می‌شود. بخشی از این مواد با هم ترکیب می‌شوند و پراکسید هیدروژن می‌سازند؛ همان ماده‌ای که در غلظت‌های بالا به‌عنوان ضدعفونی‌کننده شناخته می‌شود، اما در مقادیر کم در سلول‌های زنده نقش پیام‌رسان دارد.

پراکسید هیدروژن سپس با برخی اسیدهای آمینه در برگ واکنش می‌دهد و گازی به نام اکسید نیتریک (NO) تولید می‌کند. اکسید نیتریک در زیست‌شناسی مولکولی نوعی «مولکول پیام‌رسان» مهم است؛ یعنی ماده‌ای که سلول‌ها از آن برای انتقال پیام استفاده می‌کنند. در بدن انسان نیز اکسید نیتریک در تنظیم فشار خون و ارتباط بین سلول‌های عصبی نقش دارد.

در پژوهش اخیر مشخص شد اکسید نیتریک تولیدشده روی سطح قطره‌های شبنم وارد سلول‌های گیاه می‌شود و مجموعه‌ای از واکنش‌های آنزیمی را فعال می‌کند. این آبشار واکنش‌ها در نهایت به فعال‌شدن ژن‌هایی منجر می‌شود که فرایند گل‌دهی را آغاز می‌کنند. به بیان ساده، شبنم به‌طور غیرمستقیم به گیاه «پیام» می‌دهد که زمان شکوفه‌دادن فرا رسیده است.

ریچارد پریماک، زیست‌شناس دانشگاه بوستون که در پژوهش حضور نداشته، نتایج را جذاب می‌داند اما محتاط است. او اشاره می‌کند در سال ۲۰۱۴ نیز مقاله‌ای منتشر شده بود که نقش رطوبت هوای بهاری را در تحریک رشد جوانه‌های گل پیشنهاد می‌کرد. بااین‌حال نتایج آن پژوهش بعدها تکرار نشد. به گفته او، بررسی فرضیه‌های جدید هیجان‌انگیز است، اما باید مطمئن شد عوامل دیگری در نتایج دخالت نداشته‌اند.

زاره می‌گوید آشنایی او با ادبیات علمی مربوط به فنولوژی، یعنی شاخه‌ای از علم که زمان‌بندی رویدادهای زیستی فصلی را بررسی می‌کند، محدود بوده و اگر از مقاله ۲۰۱۴ خبر داشت، به آن ارجاع می‌داد. بااین‌حال تأکید می‌کند یافته‌های جدید مستقیماً نشان می‌دهد خود شبنم آغازگر واکنش‌های زیست‌شیمیایی مشخصی درون گیاه است، نه صرفاً افزایش رطوبت هوا.

اگر نتایج در پژوهش‌های آینده تأیید شود، احتمالاً درباره بسیاری از گیاهان، به‌ویژه آن‌هایی نیز که ابتدا برگ و سپس گل می‌دهند، صادق خواهد بود. چنین کشفی می‌تواند کاربردهای عملی هم داشته باشد. برای مثال، ممکن است کشاورزان یا گلخانه‌داران بتوانند با مه‌پاشی کنترل‌شده، گل‌دهی را جلو بیندازند یا میزان تولید محصول را افزایش دهند.

به گفته زاره، این پژوهش فقط یک کنجکاوی علمی نیست بلکه می‌تواند پیامدهای واقعی برای نحوه پرورش گیاهان داشته باشد.