درخت‌ها چگونه به یکدیگر پیام می‌فرستند؟

رویداد۲۴| به نقل از فوربس، معمولاً اولین چیزی که پس از ورود به جنگل توجه ما را جلب می‌کند، سکوت است. ممکن است متوجه خش‌خش برگ‌های کاج، صدای پرندگان یا باد شوید، اما در هر حال، ما جنگل‌ها را مکان‌هایی آرام و ساکت می‌دانیم. با وجود این، کمتر می‌دانیم که زیر این آرامش، تبادل مداوم پیام‌های شیمیایی از برگی به برگ دیگر، از درختی به درخت دیگر و از ریشه‌ای به ریشه دیگر در جریان است. سکوتی که ما در رابطه با جنگل‌ها می‌دانیم، فقط از دیدگاه انسان وجود دارد.

سیستم پخش اضطراری درخت‌ها در جنگل

گیاه‌شناسان دهه‌ها تلاش کرده‌اند تا مشخص کنند که آیا گیاهان صرفاً به محیط اطراف خود واکنش نشان می‌دهند یا این که واقعاً به روش منحصربه‌فرد خود با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. این پرسش، موجی از پژوهش‌ها را در ۱۰ سال گذشته برانگیخته و پاسخ را به طور فزاینده‌ای روشن کرده است. پژوهش‌ها نشان می‌دهند که گیاهان در واقع صحبت می‌کنند و سایر گیاهان نیز توانایی درک آنها را دارند.

صحبت کردن در اینجا استعاره نیست، اما به معنای ارتباط به آن صورتی که ما می‌شناسیم هم نیست، بلکه از نظر علم شیمی به معنای صحبت کردن است.

وقتی یک درخت مورد حمله حشرات یا تهدیدات محیطی قرار می‌گیرد، ابری از ترکیبات آلی فرار را آزاد می‌کند. این ابر حاوی مواد شیمیایی موجود در هواست که به سوی گیاهان همسایه شناور می‌شوند. گیاهان اطراف قادر به تشخیص پیام فرستاده‌شده هستند و سپس شروع به آماده‌سازی دفاعی خود می‌کنند. برخی از آنها شکارچیان را فرا می‌خوانند، برخی دیگر بافت‌های خود را تقویت می‌کنند و برخی حتی به گیاهان بیشتری در مسیر باد هشدار می‌دهند.

این یافته‌ها در پژوهش سال ۲۰۱۹ مجله «Current Biology» منتشر شدند که به بررسی گیاه «علف طلایی»(Solidago altissima) پرداخت و امضای بسیار خاص ترکیبات آلی فرار را که گیاهان هنگام بروز حمله آزاد می‌کنند، آشکار کرد.

به نقل از ساینس دایرکت، ترکیبات آلی فرار گیاهی حامل‌های اصلی اطلاعات و وسیله انتقال آنها بین موجودات زنده هستند و واسطه بسیاری از تعاملات اکولوژیکی به شمار می‌روند. امضای ترکیبات آلی فرار اساساً به عنوان یک سیگنال شیمیایی برای درخواست کمک عمل می‌کنند. در آن پژوهش مشاهده شد که گیاهان همسایه ظرف چند ساعت با افزایش ترکیبات دفاعی خود واکنش نشان می‌دهند.

براساس نتایج آن پژوهش، ترکیبات آلی فرار شامل موارد زیر هستند.

۱. «ترپن‌ها»(Terpenes). رایحه کاج که می‌تواند گیاه‌خواران را دفع کند.

۲. مواد فرار برگ سبز مانند «سیس-۳-هگزنال»(cis-3-Hexenal) که توسط برگ‌های آسیب‌دیده تولید می‌شوند.

۳. «جاسمونات‌ها»(Jasmonates). ترکیبات شبه‌هورمونی که ژن‌های دفاعی را فعال می‌کنند.

ترکیبات آلی فرار گیاهی حامل‌های اصلی اطلاعات و وسیله انتقال آنها بین موجودات زنده هستندپژوهش‌های بیشتر مانند پژوهشی که در سال ۲۰۲۱ در «The Plant Journal» به چاپ رسید، براساس همین کشف انجام شدند. آن پژوهش به طور ویژه نشان داد که ترپن‌ها به عنوان واسطه‌های ارتباط گیاه‌به‌گیاه عمل می‌کنند. به عبارت دیگر، آنها به گیاهان کمک می‌کنند تا اطلاعات مربوط به تهدیدات بالقوه مانند گیاه‌خواران، عوامل بیماری‌زا و حتی استرس‌های محیطی را منتقل کنند.

به نقل از وب‌سایت رسمی مرکز ملی اطلاعات زیست‌فناوری آمریکا»(NCBI)، گیاهان با استفاده از ترکیبات آلی فرار با سایر موجودات زنده تعامل برقرار می‌کنند. بزرگترین گروه ترکیبات آلی فرار منتشرشده از گیاهان، ترپن‌ها هستند که شامل «ایزوپرن‌ها»(Isoprenes)، «مونوترپن‌ها»(Monoterpenes) و «سزکویی‌ترپن‌ها»(Sesquiterpenes) می‌باشند.

پژوهشگران تا سال ۲۰۲۳ توانستند شاهد وقوع در لحظه این ارتباط باشند. پژوهشی که در «Nature Communications» به چاپ رسید، نشان داد که مواد فرار خاص برگ سبز (زیرمجموعه‌ای از ترکیبات آلی فرار)، یک آبشار سیگنال‌دهی سریع از کلسیم را در گیاهان مجاور آزاد می‌کنند. این سیگنال‌دهی را می‌توان معادل مولکولی یک زنگ خطر در نظر گرفت.

پژوهشگرانی که در پژوهش سال ۲۰۲۳ مشارکت داشتند، دو ماده فرار خاص برگ سبز را که توسط برگ‌های آسیب‌دیده ساطع می‌شوند، شناسایی کردند. این مواد به نوبه خود، سیگنال‌دهی کلسیم را در گیاهان همسایه در عرض چند دقیقه تحریک کردند. این جریان کلسیم نشان می‌دهد که گیاه گیرنده صرفاً سیگنال را بو نمی‌کند، بلکه به طور فعال به هشدار هوایی پاسخ می‌دهد. در عرض چند دقیقه، گیاه گیرنده شروع به تخصیص مجدد منابع، تغییر اولویت‌های شیمیایی و تقویت بافت‌های خود پیش از رسیدن خطر می‌کند.

درخت‌ها چه می‌گویند؟

گیاه‌شناسان شروع به رمزگشایی پیام‌های نهفته در ارتباطات شیمیایی گیاهان کرده‌اند. جالب اینجاست که موضوع‌های مطرح‌شده در این گفت‌وگوها به طور شگفت‌آوری متنوع از آب درمی‌آیند.

مواد فرار خاص برگ سبز، یک آبشار سیگنال‌دهی سریع از کلسیم را در گیاهان مجاور آزاد می‌کنند. این سیگنال‌دهی را می‌توان معادل مولکولی یک زنگ خطر در نظر گرفت.۱. خطر حشرات. وقتی کرم‌های پیله‌ساز برگ‌ها را می‌جوند، گیاه آسیب‌دیده ترکیبات آلی فرار را آزاد می‌کند که به گیاهان اطراف هشدار می‌دهد، حشرات شکارچی کرم‌ها را جذب می‌کند و به تولید فوری «تانن‌ها»(Tannins)، «لیگنین‌ها»(Lignins) و ترکیبات تلخ منجر می‌شود. این دفاع غیرمستقیم (فراخوان شکارچیان) در محصولاتی مانند ذرت به خوبی مستند شده است.

۲. تهدید عوامل بیماری‌زا. گیاهان آلوده به قارچ یا باکتری، سیگنال‌هایی را آزاد می‌کنند که واکنش‌های ایمنی را در گیاهان همسایه فعال می‌کند. در برخی گونه‌ها، آماده‌سازی سیستم ایمنی می‌تواند هفته‌ها طول بکشد.

۳. خشکسالی و گرما. گیاهان تحت فشار گرما، نشانه‌های متفاوتی را از ترکیبات آلی فرار منتشر می‌کنند که باعث می‌شود گیاهان همسایه پیش از بدتر شدن شرایط، آب را ذخیره کنند یا متابولیسم خود را تغییر دهند.

۴. آسیب مکانیکی. طوفان و شاخه‌های شکسته می‌توانند باعث ایجاد یک هشدار عمومی شوند و درختان را برای فشار فیزیکی بیشتر آماده کنند.

با وجود این، سیستم پیام‌رسانی هوایی گیاهان فقط یکی از جنبه‌های ارتباطی آنهاست. پژوهشی که در سال ۲۰۲۴ در مجله «Nature Plants» منتشر شد، توضیح داد که ریشه‌های درختان زیرزمینی توسط شبکه‌های وسیعی از قارچ‌های هم‌زیست به نام «میکوریزا» (Mycorrhiza) به هم متصل هستند. این رشته‌های نخ‌مانند می‌توانند ده‌ها و گاهی حتی صدها درخت منفرد را در سراسر یک جنگل به هم متصل کنند. بوم‌شناسان این سیستم زیرزمینی را «شبکه گسترده جنگلی» نامیده‌اند.

گیاهان از طریق این پیوندهای قارچی، می‌توانند موارد زیر را با یکدیگر تبادل کنند.

• کربن و نیتروژن
• آب
• هورمون استرس
• مواد شیمیایی دفاعی
• سیگنال‌های الکتریکی

اگرچه برخی از دانشمندان هنوز در نسبت دادن نیت واقعی یا نوع‌دوستی به گیاهان و پیام‌های آنها مردد هستند، اما شواهد فزاینده‌ای درباره سهیم شدن منابع و کاهش استرس در شرایط خاص وجود دارد.

درختان واقعا صحبت می‌کنند یا ما مبالغه می‌کنیم؟

همه دانشمندان در تفسیر تحقیقات پیرامون ارتباط گیاهان اتفاق نظر ندارند. برخی معتقدند گیاهان صرفاً ماشین‌های بیوشیمیایی هستند که به نشانه‌های محیطی واکنش نشان می‌دهند. برخی دیگر معتقدند که این پیچیدگی، نکات بیشتری را نشان می‌دهد؛ از جمله رفتار هماهنگ و راهبردهای تکامل‌یافته‌ای که به نفع کل جوامع گیاهی هستند.

با وجود این، حتی افراد بدبین نیز حاضرند بپذیرند که گیاهان با پیچیدگی قابل توجهی یکدیگر را درک می‌کنند، سیگنال می‌دهند و به یکدیگر پاسخ می‌دهند. بنابراین، پرسش بهتر این است که این اتصال شیمیایی در مقیاس اکولوژیکی به چه معناست؟ پاسخ این پرسش به چهار عامل اصلی بستگی دارد.

۱. افزایش تاب‌آوری. یک درخت که مورد حمله قرار گرفته است، می‌تواند واکنش‌های دفاعی را در سراسر یک منطقه وسیع تحریک کند. در نتیجه، درختان می‌توانند گسترش گیاه‌خواران را کاهش دهند و آسیب را محدود کنند.

۲. راهبردهای بقا در سطح جامعه. جنگل‌های متراکم که در آنها ارتباطات معمولاً قوی هستند، در برابر آفات و شیوع بیماری‌ها بسیار مقاوم‌تر ظاهر می‌شوند.

۳. سازگاری بهتر با تنش‌های اقلیمی. وقتی یک گیاه دچار تنش آبی می‌شود، هشدارهای فرستاده‌شده مبنی بر انتشار ترکیبات آلی فرار می‌تواند به گیاهان همسایه کمک کند تا سریع‌تر به حالت‌های تحمل خشکی خود تغییر جهت دهند.

۴. تغییر در مدیریت جنگل. برخی از طرفداران محیط زیست اکنون معتقدند که حفظ شبکه‌های قارچی و تنوع گیاهی برای حفظ مسیرهای ارتباطی بسیار مهم است. جنگل‌هایی که بدون این شبکه‌ها دوباره کاشته می‌شوند، ممکن است برای دستیابی به تاب‌آوری اکوسیستم‌های قدیمی با مشکل روبه‌رو شوند.

پژوهشگران هنوز در مراحل اولیه رمزگشایی ارتباطات گیاهی هستند، اما فناوری‌های نوظهور مانند حسگرهای ژنتیکی، آشکارسازهای ترکیبات آلی فرار موجود در هوا و تصویربرداری از شبکه ریشه، روزنه‌های جدیدی را به روی گفت‌وگوهای پنهان جنگل می‌گشایند.

پژوهشگران آینده ممکن است گفت‌وگوهای شیمیایی را به صورت در لحظه ترسیم کنند و چگونگی انتقال پیام‌ها از یک تاج‌پوش جنگل به تاج‌پوش دیگر را در کیلومترها ردیابی کنند.