چگونه گیاهان برای بقا در برابر تغییرات اقلیمی سازگار می‌شوند
1
دنیای طبیعت همواره در حال تغییر است، اما معدود تغییراتی به سرعت و گستردگی تغییرات ناشی از تغییرات اقلیمی بوده‌اند. افزایش دما، تغییر الگوهای بارندگی و وقوع پدیده‌های شدید جوی، اکوسیستم‌های سراسر جهان را دگرگون کرده است.
برخلاف حیوانات، گیاهان نمی‌توانند برای فرار از این تغییرات جابه‌جا شوند. در عوض، آن‌ها باید در همان محیط خود را تطبیق دهند و روش‌های جدیدی برای مقابله با گرما، خشکسالی و فصول غیرقابل پیش‌بینی پیدا کنند.
این چالش به‌ویژه برای محصولات کشاورزی که غذای میلیاردها نفر را تأمین می‌کنند، اهمیت دارد. سیستم‌های کشاورزی به گیاهانی وابسته هستند که بتوانند شرایط سخت را تحمل کنند و همچنان بازده بالایی داشته باشند.
برخی گونه‌ها مانند Arabidopsis thaliana توانایی چشمگیری در سازگاری دارند و می‌توانند در محیط‌های بسیار متفاوتی مانند سوئد و ایتالیا رشد کنند.
با درک چگونگی سازگاری طبیعی گیاهان با شرایط اقلیمی مختلف، دانشمندان می‌توانند محصولات مقاوم‌تر و قوی‌تری توسعه دهند که در دنیای پر از تغییرات، نسل‌های آینده را تأمین کنند.
گیاهان و سازگاری با تغییرات اقلیمی
هر گونه گیاهی به شکل منحصربه‌فردی به تنش‌های محیطی واکنش نشان می‌دهد. برخی گیاهان ریشه‌های عمیق‌تری رشد می‌دهند تا آب را در عمق زمین بیابند، در حالی که برخی دیگر چرخه تولیدمثل خود را برای تطابق با فصول در حال تغییر، تنظیم می‌کنند.
این سازگاری‌ها به‌صورت تصادفی رخ نمی‌دهند، بلکه در تغییرات ژنتیکی ریشه دارند که به بقای گیاهان در شرایط خاص کمک می‌کنند. با این حال، دانشمندان هنوز در حال کشف سازوکارهای دقیق ژنتیکی هستند که این تغییرات را هدایت می‌کنند.
مطالعه‌ای جدید بینش تازه‌ای در این زمینه ارائه داده است. پژوهشگران با ترکیب ژنتیک جمعیتی و داده‌های جهانی اقلیمی، انواع کلیدی ژنتیکی را شناسایی کرده‌اند که به گیاهان در سازگاری با اقلیم‌های مختلف کمک می‌کنند.
این مطالعه بر Marchantia polymorpha، نوعی جگرواش که در محیط‌های متنوعی در اروپا، آمریکا و ژاپن رشد می‌کند، متمرکز است.
این تحقیق توسط دانشمندان مؤسسه زیست‌شناسی مولکولی گیاه گرگور مندل (GMI)، مرکز علوم گیاهان اومئا (UPSC) و دانشگاه هیروشیما انجام شده است. یافته‌های آن جزئیات مهمی را درباره تکامل گیاهان در برابر فشارهای اقلیمی آشکار می‌سازد.
ژن‌های گیاهی برای بقا در برابر تغییرات اقلیمی
دانشمندان مدت‌هاست می‌دانند که برخی ویژگی‌های ژنتیکی به گیاهان در محیط‌های خاص مزیت می‌بخشند. گیاهان مناطق خشک معمولاً ساختارهای نگه‌دارنده آب ایجاد می‌کنند، در حالی که گیاهان مناطق سردتر، پروتئین‌های ضدیخ تولید می‌کنند تا از آسیب سلولی جلوگیری کنند. با این حال، تعیین دقیق اینکه کدام ژن‌ها این ویژگی‌ها را کنترل می‌کنند، همچنان یک چالش بزرگ است.
برای حل این مسئله، پژوهشگران نمونه‌های ژنتیکی را از جمعیت‌های مختلف Marchantia polymorpha در اروپا، آمریکا و ژاپن جمع‌آوری کردند.
آن‌ها با ادغام این داده‌های ژنتیکی با مجموعه داده‌های جهانی اقلیمی، تجزیه‌وتحلیل کردند که چگونه پروفایل ژنتیکی هر زیرجمعیت با آب‌وهوای محلی آن سازگار شده است.
“با مقایسه جمعیت‌های اروپا و ژاپن، ما انواع ژنتیکی مرتبط با دماهای گرم‌تر و سردتر تابستانی، و همچنین میزان بارش تابستانی را شناسایی کردیم،” لیام دولان، یکی از نویسندگان این مطالعه توضیح داد. “این سازگاری‌ها می‌توانند برای بهینه‌سازی تولیدمثل در شرایط مختلف حیاتی باشند.”
این تجزیه‌وتحلیل نه‌تنها تغییرات ژنتیکی خاصی را که با دما و بارندگی مرتبط هستند برجسته کرد، بلکه الگوهای گسترده‌تری را نیز در چگونگی سازگاری گیاهان با محیطشان آشکار ساخت.
تفاوت‌های منطقه‌ای در سازگاری ژنتیکی
یکی از یافته‌های جالب این مطالعه، تفاوت در تنوع ژنتیکی بین جمعیت‌های Marchantia polymorpha در مناطق مختلف بود.
در اروپا، گیاهان تنوع ژنتیکی بالایی در میان افراد نشان دادند، اما در مکان‌های مختلف از نظر ژنتیکی شباهت داشتند. این موضوع نشان می‌دهد که این گیاهان طیف گسترده‌ای از ابزارهای ژنتیکی را برای مقابله با شرایط مختلف حفظ کرده‌اند.
در مقابل، جمعیت‌های ژاپنی ساختار ژنتیکی بسیار یکنواخت‌تری داشتند. از آنجا که این جمعیت‌ها از نظر جغرافیایی منزوی هستند، احتمالاً تحت فشارهای محیطی پایدارتری تکامل یافته‌اند که منجر به تنوع ژنتیکی کمتر شده است.
این تفاوت‌ها نشان می‌دهد که سازگاری اقلیمی ممکن است به روش‌های منحصربه‌فردی بر استراتژی‌های تولیدمثل تأثیر بگذارد.
Marchantia polymorpha، مانند بسیاری از بریوفیت‌ها، می‌تواند هم به‌صورت جنسی و هم غیرجنسی تولیدمثل کند. این انعطاف‌پذیری به آن در محیط‌های در حال تغییر برتری می‌بخشد. در حالی که تولیدمثل جنسی تنوع ژنتیکی ایجاد می‌کند، تولیدمثل غیرجنسی به گیاه اجازه می‌دهد تا به‌سرعت زیستگاه‌های مناسب را استعمار کند.
درک چگونگی تفاوت این استراتژی‌ها میان جمعیت‌های مختلف، به دانشمندان کمک می‌کند تا تصویری جامع‌تر از چگونگی سازگاری گیاهان به دست آورند.
پایگاه داده ژن‌های گیاهی و تحقیقات اقلیمی
یکی از مهم‌ترین نتایج این مطالعه، ایجاد یک پایگاه داده ژنومیک جمعیتی برای Marchantia polymorpha است.
این منبع به دانشمندان اجازه می‌دهد تنوع ژنتیکی را با جزئیات بیشتری بررسی کنند و پایه‌ای برای تحقیقات آینده فراهم می‌کند. این اولین پایگاه داده از این نوع برای این گونه است و می‌تواند به‌عنوان مدلی برای مطالعه سایر گیاهان مورد استفاده قرار گیرد.
“ما مشتاقیم که این پایگاه داده را با نمونه‌هایی از سراسر جهان گسترش دهیم تا استحکام تحقیقات آینده را افزایش دهیم،” دولان توضیح داد. “پلتفرم ما فرصت‌های هیجان‌انگیزی برای بررسی سؤالات بیولوژیکی مرتبط با رشد و توسعه گیاهان باز می‌کند.”
تأثیر بر امنیت غذایی
تغییرات اقلیمی یکی از بزرگ‌ترین چالش‌های کشاورزی مدرن است. افزایش دما و الگوهای جوی غیرقابل پیش‌بینی، تولید جهانی غذا را تهدید می‌کند و توسعه محصولات مقاوم‌تر را ضروری‌تر از همیشه ساخته است.
مطالعاتی مانند این، بینشی در مورد چگونگی سازگاری طبیعی گیاهان با تنش‌های محیطی ارائه می‌دهد. با شناسایی عوامل ژنتیکی مؤثر در سازگاری، دانشمندان می‌توانند این یافته‌ها را در برنامه‌های اصلاح نژاد محصولات به کار گیرند.
اگر برخی گونه‌های ژنتیکی به Marchantia polymorpha کمک می‌کنند تا گرما یا خشکسالی را تحمل کند، ویژگی‌های مشابهی می‌توانند در محصولات مهمی مانند گندم، برنج و ذرت به کار گرفته شوند.
آینده تحقیقات سازگاری گیاهان
این مطالعه گامی مهم در درک سازگاری گیاهان در سطح ژنتیکی است، اما تنها آغاز راه محسوب می‌شود. گسترش پایگاه داده ژنتیکی و انجام تحقیقات بیشتر روی گونه‌های مختلف، دیدگاه شفاف‌تری درباره نحوه تکامل گیاهان در برابر تغییرات اقلیمی ارائه خواهد کرد.
یافته‌های این تحقیقات می‌توانند انقلابی در کشاورزی، حفاظت از محیط‌زیست و استراتژی‌های مقابله با تغییرات اقلیمی ایجاد کنند.
