إدراك النبات

إدراك النبات هو قدرة النبات على الإحساس والاستجابة للبيئة عن طريق إجراء التعديلات على المورفولوجيا أو الفيزيولوجيا أو النمط الشكلي الخاص به بالتوافق معها. أظهرت الأبحاث في علم النبات أن النباتات قادرة على التفاعل مع مجموعة واسعة من المنبهات، بما في ذلك المركبات الكيميائية، والجاذبية، والضوء، والرطوبة، والعدوى، والحرارة، وتراكيز الأوكسجين وثنائي أكسيد الكربون، والإصابة بالطفيليات، والممرضات، والاضطرابات الفيزيائية، والصوت، واللمس. تستند الدراسة العلمية لإدراك النبات إلى العديد من التخصصات مثل فيزيولوجيا النبات وعلم البيئة والبيولوجيا الجزيئية.[1][2][3][4][5][6][7][8]

جزء من سلسلة حول

علم النبات


فروع علم النبات

علم الإنتاج النباتي · علم النباتات اللاوعائية
علم النبات الشعبي · علم الحراج
علم البستنة · علم النباتات المنقرضة
علم الطحالب · كيمياء النبات
علم أمراض النبات · علم تشريح النبات
علم بيئة النبات · شكلياء النبات
فيزيولوجيا النبات · علم تصنيف النبات

مشاهير علماء النبات

جوزيف دالتون هوكر · توماس هنري هكسلي
غريغور يوهان مندل · المزيد...

العمليات

الكشف

يمكن أن تكشف النباتات الإزاحة الموضعية. تستطيع سوق نباتات الحور كشف تغير الاتجاه والميل (إدراك التوازن).[9][10]

انتقال الإشارة

من المعروف أن الطماطم المجروحة تنتج مركب ميثيل جازمونات الطيار ذا الرائحة الذي يلعب دور إشارة تحذيرية. تستطيع النباتات المجاورة أن تستشعر المادة الكيميائية وتستعد للهجوم عن طريق إنتاج مركبات كيميائية تلعب دورًا دفاعيًا ضد الحشرات وتجذب مفترسات الحشرات. يستخدم النبات مسارات إشارة هرمونية لتنسيق نموه وشكله.[11]

النواقل الكيميائية العصبية

تُتنج النباتات العديد من البروتينات التي توجد أيضًا في الجهاز العصبي لدى الحيوانات، مثل الأسيتيل كولين إستيراز، ومستقبلات الغلوتامات، ومستقبلات غابا (غاما أمينو بيوتيريك أسيد)، ومركبات إشارة الكانابينويدات الداخلية. قد تستخدم أيضًا الأدينوزين ثلاثي الفوسفات (إيه تي بّي)، وأوكسيد النيتريك (إن أو)، وأنواع الأوكسيجين التفاعلية (آر أو إس) لنقل الإشارة بالطرق نفسها التي تحدث لدى الحيوانات.[12]

الفيزيولوجيا الكهربائية

تمتلك النباتات طرقًا متنوعة لتوصيل الإشارات الكهربائية. تتضمن طرق الانتشار الأربعة المعروفة جهود الفعل، وجهود التباين، والجهود الكهربائية المحلية، والجهود الجهازية.[13][14][15]

على الرغم من أن الخلايا النباتية ليست عصبونات، فيمكن تنبيهها كهربائيًا، ويمكن أن تُظهر استجابات كهربائية سريعة للمنبهات البيئية على شكل جهود فعل. تسمح جهود الفعل بتحرك أيونات الإشارة وجزيئاتها من الخلية ما قبل الجهد إلى خلية أو خلايا ما بعد الجهد. تتكون هذه الإشارات الكهربائية الفيزيولوجية نتيجة تدرج تدفق أيونات مثل H+، وK+، وCl+، وNa+، و+2Ca، ولكن يُعتقد أيضًا أن بعض الأيونات المشحونة الأخرى مثل Fe3+، وAl3+، وMg2+، وZn2+، وMn2+، وHg2+، قد تلعب دورًا في المخرجات النهائية لمسار الإشارة. تعد المحافظة على التدرج الكهروكيميائي لكل أيون أمرًا ضروريًا لحياة الخلية، لأنها ستموت إذا وصلت إلى توازن كهروكيميائي مع البيئة المحيطة بها، وقد يحدث ذلك نتيجة للعديد من الأسباب مثل انغلاق القنوات الأيونية أو انثقاب غشاء الخلية. ترتبط تلك الأيونات الفيزيولوجية الكهربائية مع مستقبلات على الخلية المستقبلة ما يتسبب بحدوث تأثيرات نهائية نتيجة وجود مركب واحد أو مجموعة من المركبات. وُجد أن طرق نقل المعلومات وتفعيل الاستجابات الفيزيولوجية عن طريق نظام إشارة جزيئي يكون أسرع وأكثر تواترًا بوجود جهود فعل.[16][17][18]

يمكن أن تؤثر تلك الجهود على عمليات مثل التدفق السيتوبلازمي المعتمد على الأكتين، وحركات العضو النباتي، والتركيب الضوئي، والإزهار. يمكن أن تسبب هذه الاستجابات الكهربائية تركيب العديد من المركبات العضوية، بما فيها تلك التي تعمل دور مركبات فعالة عصبيًا في الكائنات الأخرى.

يؤثر تدفق الأيونات عبر الخلايا أيضًا على حركة الجزيئات الأخرى والمواد المنحلة. يغير ذلك من التدرج الحلولي (الأسموزي) في الخلية، ما يؤدي حدوث تغيرات في ضغط امتلاء الخلايا عن طريق تدفق الماء والمواد المنحلة عبر أغشية الخلايا. هذه التغيرات ضرورية لامتصاص المغذيات والنمو وأنواع عديدة من الحركات (حركات الانتحاء وحركات الاستجابة غير المعتمدة على اتجاه المؤثر)، وغيرها من التغيرات الأساسية في فيزيولوجيا النبات وسلوكه.[19][20][21][22][23][24]

وهكذا تحقق النباتات الاستجابات السلوكية في السياقات البيئية والتواصلية والإيكولوجية.

الاستجابة للإشارة

يتوسط السلوك التفاعلي المصاحب للنبات كل من الفيتوكرومات، ومركبات الكينين، والهرمونات، والمضادات الحيوية، وإطلاق المواد الكيميائية الأخرى، وتغيرات في الماء والنقل الكيميائي، وغيرها من الوسائل. تكون تلك الاستجابات بطيئة عمومًا وتستغرق عددًا من الساعات على الأقل لإتمامها، ويمكن ملاحظتها بالشكل الأمثل باستخدام التصوير السينمائي المتقطع، ويمكن أيضًا أن تحدث حركات سريعة. تستجيب النباتات إلى إشارات المركبات الكيميائية الطيارة التي تنتجها النباتات الأخرى. يزداد معدل الجازمونات بسرعة أيضًا استجابةً للاضطرابات الميكانيكية مثل التفاف المحاليق.[25][26][27]

تمتلك النباتات العديد من الاستراتيجيات لصد الآفات. على سبيل المثال، يمكنها إنتاج عدد هائل من السموم الكيميائية المختلفة (السموم النباتية) ضد المفترسات والطفيليات، أو يمكن أن تطلق موتًا خلويًا سريعًا في الخلايا المصابة لإعاقة تقدم الآفات وانتشارها. بعض النباتات قادر على الحركة السريعة: يستجيب ما يسمى «النبتة الحساسة» (ميموزا بوديكا، أو الميموزا العفيفة) لأدنى لمسة فيزيائية عن طريق طي أوراقها الريشية الرقيقة بسرعة لتتجه بذلك نحو الأسفل. تعطي النباتات اللاحمة مثل نبات مصيدة فينوس (خناق الذباب) بنىً ورقية متخصصة تغلق على الفور عندما تلمسها الحشرات أو تحط عليها. في نبات خناق الذباب، يُستشعر اللمس بواسطة الأهداب التي تتوضع على باطن الأوراق المتخصصة، التي تولد جهد فعل يحرض الخلايا الحركية ويؤدي إلى حدوث الحركة. توصيل الإشارة هو الآلية المسؤولة عن التكيف في النباتات. تتضمن الاستجابات التكيفية:[28]

  • السعي الفعال وراء الضوء والغذاء. تقوم النباتات بذلك عن طريق تغيير بينتها، على سبيل المثال: نمو الغصن واتجاهه وفيزيولوجيته ونمطه الظاهري.[29][30][31][32][33][34][35]
  • تغير اتجاه الأوراق والأغصان استجابةً لمصدر الضوء.[36]
  • استشعار حجم التربة وتكييف النمو تبعًا لذلك، بغض النظر عن إتاحة العناصر الغذائية.[37][38][39]
  • الدفاع ضد الحيوانات العاشبة.

جوانب الإدراك

الضوء

يحتوي العديد من الأعضاء النباتية مركباتٍ حساسة للضوء (فوتوتروبينات، وكريبتوكرومات، وفيتوكرومات)، يتفاعل كل منها بانتقائية شديدة مع أطوال موجات معينة. تخبر مستشعرات الضوء تلك النبات ما إذا كان الوقت نهارًا أم ليلًا، وعن طول النهار، ومقدار توفر الضوء، ومن أي اتجاه يصدر. تنمو الفروع باتجاه الضوء وتنمو الجذور عادة بعيدًا عن الضوء، وتُعرف تلك الاستجابات بالانتحاء الضوئي والانتحاء بعيدًا عن الضوء، على التوالي. تتسبب في ذلك الصبغات الحساسة للضوء مثل الفوتوتروبينات والفيتوكرومات وهرمون الأوكسين النباتي.[40][41]

يُظهر العديد من النباتات ظواهر معينة في أوقات معينة من النهار، فعلى سبيل المثال، تتفتح بعض الأزهار في الصباح فقط. تتبع النباتات أوقات النهار من خلال ساعة يوماوية. تتزامن هذه الساعة الداخلية مع التوقيت الشمسي كل يوم بالاعتماد على ضوء الشمس، والحرارة، وأدلة أخرى، بشكل مشابه للساعات البيولوجية الموجودة في الكائنات الأخرى. تتيح الساعة الداخلية المقترنة بالقدرة على إدراك الضوء للنباتات أيضًا قياس طول اليوم، وبالتالي تحديد الفصل من السنة. هذه هي الطريقة التي تعرف فيها النباتات موعد الإزهار. لا تنبت بذور العديد من النباتات إلا بعد تعرضها للضوء. تحدث هذه الاستجابة بالاعتماد على إشارات الفيتوكروم. تملك النباتات أيضًا القدرة على استشعار نوعية الضوء والاستجابة تبعًا لذلك. على سبيل المثال، في ظروف الإضاءة الضعيفة، تُنتج النباتات المزيد من صبغات التركيب الضوئي. إذا كان الضوء شديدًا، أو إذا ارتفعت مستويات الأشعة فوق البنفسجية المؤذية، تُنتج النباتات المزيد من صبغات الحماية التي تعمل واقيًا للشمس.[42]

انظُر أيضاً

وصِلات خارِجِيّة

صُوّر


مراجع
  1. "A roadmap towards a functional paradigm for learning & memory in plants"، Journal of Plant Physiology، 232 (1): 209–215، يناير 2019، doi:10.1016/j.jplph.2018.11.002، PMID 30537608.
  2. "Green plants as intelligent organisms"، Trends in Plant Science، 10 (9): 413–9، سبتمبر 2005، doi:10.1016/j.tplants.2005.07.005، PMID 16054860.
  3. "Towards understanding plant bioacoustics"، Trends in Plant Science، 17 (6): 323–5، يونيو 2012، doi:10.1016/j.tplants.2012.03.002، PMID 22445066.
  4. "Green symphonies: a call for studies on acoustic communication in plants"، Behavioral Ecology، 24 (4): 789–796، يوليو 2013، doi:10.1093/beheco/ars206، PMC 3677178، PMID 23754865.
  5. "Tuned in: plant roots use sound to locate water"، Oecologia، 184 (1): 151–160، مايو 2017، doi:10.1007/s00442-017-3862-z، PMID 28382479.
  6. "Plant acoustics: in the search of a sound mechanism for sound signaling in plants"، Journal of Experimental Botany، 67 (15): 4483–94، أغسطس 2016، doi:10.1093/jxb/erw235، PMID 27342223.
  7. "Earth - Plants can see, hear and smell – and respond"، BBC، 10 يناير 2017، مؤرشف من الأصل في 16 يوليو 2019.
  8. I. Khait؛ O. Lewin-Epstein؛ R. Sharon؛ K. Saban؛ R. Perelman؛ A. Boonman؛ Y. Yovel؛ L. Hadany (02 ديسمبر 2019)، "Plants emit informative airborne sounds under stress" (PDF)، bioRxiv، doi:10.1101/507590، مؤرشف من الأصل (PDF) في 2 يناير 2020. {{استشهاد بدورية محكمة}}: Cite journal requires |journal= (مساعدة)
  9. "Thigmomorphogenesis: the effect of mechanical perturbation on plants"، Plant Growth Regulation، 12 (3): 313–24، فبراير 1993، doi:10.1007/BF00027213، PMID 11541741.
  10. "Proteome analysis of apical and basal regions of poplar stems under gravitropic stimulation"، Physiologia Plantarum، 136 (2): 193–208، يونيو 2009، doi:10.1111/j.1399-3054.2009.01230.x، PMID 19453506.
  11. "Interplant communication: airborne methyl jasmonate induces synthesis of proteinase inhibitors in plant leaves"، Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America، 87 (19): 7713–6، أكتوبر 1990، doi:10.1073/pnas.87.19.7713، PMC 54818، PMID 11607107.
  12. Communication in Plants: Neuronal Aspects of Plant Life.، Springer Verlag، 2006، ISBN 978-3-540-28475-8.
  13. Fromm, Jörg؛ Lautner (مارس 2007)، "Electrical signals and their physiological significance in plants: Electrical signals in plants"، Plant, Cell & Environment، 30 (3): 249–257، doi:10.1111/j.1365-3040.2006.01614.x، PMID 17263772.
  14. Huber, Annika E.؛ Bauerle (مارس 2016)، "Long-distance plant signaling pathways in response to multiple stressors: the gap in knowledge"، Journal of Experimental Botany، 67 (7): 2063–2079، doi:10.1093/jxb/erw099، ISSN 0022-0957، PMID 26944636.
  15. Szechyńska-Hebda, Magdalena؛ Lewandowska؛ Karpiński (14 سبتمبر 2017)، "Electrical Signaling, Photosynthesis and Systemic Acquired Acclimation"، Frontiers in Physiology، 8، doi:10.3389/fphys.2017.00684، ISSN 1664-042X، PMC 5603676، PMID 28959209.
  16. Awan, Hamdan؛ Adve؛ Wallbridge؛ Plummer؛ Eckford (يناير 2019)، "Communication and Information Theory of Single Action Potential Signals in Plants"، IEEE Transactions on NanoBioscience، 18 (1): 61–73، arXiv:1811.03612، doi:10.1109/tnb.2018.2880924، ISSN 1536-1241، PMID 30442613.
  17. Baluška, František؛ Mancuso (01 يناير 2013)، "Ion channels in plants"، Plant Signaling & Behavior، 8 (1): e23009، doi:10.4161/psb.23009، PMC 3745586، PMID 23221742.
  18. Loof, Arnold De (02 سبتمبر 2016)، "The cell's self-generated "electrome": The biophysical essence of the immaterial dimension of Life?"، Communicative & Integrative Biology، 9 (5): e1197446، doi:10.1080/19420889.2016.1197446، PMC 5100658، PMID 27829975.
  19. "Hydroelectrochemical integration of the higher plant—basis for electrogenic flower induction"، Communication in plants: neuronal aspects of plant life، Berlin: Springer، 2006، ص. 369–389.
  20. "Electrical signals and their physiological significance in plants"، Plant, Cell & Environment، 30 (3): 249–257، مارس 2007، doi:10.1111/j.1365-3040.2006.01614.x، PMID 17263772.
  21. "System potentials, a novel electrical long-distance apoplastic signal in plants, induced by wounding"، Plant Physiology، 149 (3): 1593–600، مارس 2009، doi:10.1104/pp.108.133884، PMC 2649404، PMID 19129416.
  22. "Action Potentials in Higher Plants"، Botanical Review، 39 (2): 172–201، 1973، doi:10.1007/BF02859299، JSTOR 4353850.
  23. Segal Anthony W. (2016)، "NADPH oxidases as electrochemical generators to produce ion fluxes and turgor in fungi, plants and humans"، Open Biology، 6 (5): 160028، doi:10.1098/rsob.160028، PMC 4892433، PMID 27249799.
  24. Scott, Peter (2008)، Physiology and Behaviour of Plants، West Sussex, England: John Wiley and Sons, Ltd، ISBN 978-0-470-85024-4.
  25. "Interplant communication: airborne methyl jasmonate induces synthesis of proteinase inhibitors in plant leaves"، Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America، 87 (19): 7713–6، أكتوبر 1990، Bibcode:1990PNAS...87.7713F، doi:10.1073/pnas.87.19.7713، PMC 54818، PMID 11607107.
  26. "Induced Resistance in Wild Tobacco with Clipped Sagebrush Neighbors: The Role of Herbivore Behavior"، Journal of Insect Behavior، 14 (2): 147–156، 2001، doi:10.1023/A:1007893626166.
  27. "Methyljasmonate and α-linolenic acid are potent inducers of tendril coiling"، Planta، 185 (3): 316–22، أكتوبر 1991، doi:10.1007/BF00201050، PMID 24186412.
  28. "Closing of Venus Flytrap by Electrical Stimulation of Motor Cells"، Plant Signaling & Behavior، 2 (3): 139–145، 01 مايو 2007، doi:10.4161/psb.2.3.4217، PMC 2634039، PMID 19516982 – عبر Taylor & Francis Group.
  29. Plant signal transduction، Oxford: Oxford University Press، 2002، ISBN 0-19-963879-9.
  30. "Abiotic stress signal transduction in plants: Molecular and genetic perspectives"، Physiologia Plantarum، 112 (2): 152–166، يونيو 2001، doi:10.1034/j.1399-3054.2001.1120202.x، PMID 11454221.
  31. "Signal transduction mechanisms in plants: an overview"، Current Science، 80 (2): 170–7، يناير 2001، PMID 12194182.
  32. "Morphological plasticity in clonal plants: the foraging concept reconsidered"، J. Ecol.، 83 (1): 143–152، 1995، doi:10.2307/2261158، JSTOR 2261158.
  33. "The role of plasticity in resource capture by plants"، Evolutionary Ecology، 16 (3): 299–307، 2002، doi:10.1023/A:1019640813676.
  34. "Foraging in Plants: the Role of Morphological Plasticity in Resource Acquisition"، Advances in Ecological Research، 25: 159–238، 1994، doi:10.1016/S0065-2504(08)60215-9، ISBN 9780120139255.
  35. "How plants learn"، Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America، 96 (8): 4216–8، أبريل 1999، Bibcode:1999PNAS...96.4216T، doi:10.1073/pnas.96.8.4216، PMC 33554، PMID 10200239.
  36. "Tree branch angle: maximizing effective leaf area"، Science، 199 (4331): 888–90، فبراير 1978، Bibcode:1978Sci...199..888H، doi:10.1126/science.199.4331.888، PMID 17757590.
  37. "Spatial Root Segregation: Are Plants Territorial?"، Advances in Ecological Research، 28: 145–180، 1999، doi:10.1016/S0065-2504(08)60032-X، ISBN 9780120139286.
  38. "The Occupation and Fragmentation of Space: Consequences of Neighbouring Shoots"، Functional Ecology، 6 (6): 711–718، 1992، doi:10.2307/2389968، JSTOR 2389968.
  39. "Is Physical Space a Soil Resource?"، Ecology، 72 (1): 94–103، 1991، doi:10.2307/1938905، JSTOR 1938905.
  40. Strong؛ Ray (01 يناير 1975)، "Host Tree Location Behavior of a Tropical Vine (Monstera gigantea) by Skototropism"، ساينس، 190 (4216): 804–806، doi:10.1126/science.190.4216.804، JSTOR 1741614.
  41. "Molecular bases of circadian rhythms"، Annual Review of Cell and Developmental Biology، 17: 215–53، 2001، doi:10.1146/annurev.cellbio.17.1.215، PMID 11687489.
  42. Strid؛ Porra (1992)، "Alterations in Pigment Content in Leaves of Pisum sativum After Exposure to Supplementary UV-B"، Plant and Cell Physiology، 33 (7): 1015–1023، مؤرشف من الأصل في 26 أبريل 2010.
  • بوابة علم وظائف الأعضاء
  • بوابة علم النبات
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.