أفضل هجوم هو الدفاع عن بعض النباتات آكلة اللحوم

أفضل هجوم هو الدفاع عن بعض النباتات آكلة اللحوم

يساعد علماء سالك في تفسير كيفية تطور الحيوانات آكلة اللحوم من الآليات الدفاعية

لا جولا- أبهرت النباتات الآكلة للحشرات علماء الأحياء لأكثر من قرن من الزمان ، لكن الكيفية التي طورت بها النباتات القدرة على اصطياد الفريسة الحية واستهلاكها ظلت إلى حد كبير لغزا. الآن ، قام علماء Salk ، جنبًا إلى جنب مع متعاونين من جامعة واشنطن في سانت لويس ، بالتحقيق في الأساس الجزيئي للحيوانات آكلة اللحوم النباتية ووجدوا أدلة على أنها تطورت من الآليات التي تستخدمها النباتات للدفاع عن نفسها.

ونُشر البحث في 11 يوليو 2022 م وقائع الاكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS) ، يوضح بالتفصيل كيفية تحرك جزيئات الكالسيوم ديناميكيًا داخل الخلايا في أوراق النباتات آكلة اللحوم استجابةً للمس من الفريسة الحية. يؤدي تذبذب الكالسيوم إلى حركات الأوراق لالتقاط الفريسة ، على الأرجح من خلال زيادة إنتاج الهرمون الدفاعي. تعمل النتائج على توسيع فهم العلماء لكيفية تفاعل النباتات مع بيئاتهم.

"إذا تمكنا من معرفة المزيد حول كيفية تكيف نباتات مثل هذه وغيرها للاستجابة لبيئاتها الفريدة ، فربما يمكننا تغيير هذه المسارات الجزيئية في المستقبل لتطوير نباتات يمكنها البقاء في ظروف أكثر قسوة" ، كما يقول المؤلف الرئيسي المشارك أستاذ جوان خوري، مدير مختبر سالك للبيولوجيا الجزيئية والخلوية النباتية ومحقق معهد هوارد هيوز الطبي.

لقد أدرك علماء الأحياء أن النباتات مثل الندية ذات الأوراق الملعقة (ملعقة نثرية) من المحتمل أن تتكيف أكل اللحوم للبقاء على قيد الحياة في ظروف فقيرة بالمغذيات. ومع ذلك ، فإن الندى تشكل تحديًا للنمو ولم يتم تسلسل الحمض النووي الخاص بهم حتى وقت قريب ، لذلك واجه العلماء صعوبة في فحص كيفية عمل اللحوم على المستوى الخلوي. كما أنهم لم يكونوا متأكدين من كيفية تطوير النباتات آكلة اللحوم لسلوكيات مرتبطة بالتقاط الفريسة ، مثل حركات الأوراق وإفراز الإنزيم الهضمي.

يقول كارل بروكو ، المؤلف الأول المشارك للورقة وعالم في مختبر سالك للبيولوجيا الجزيئية والخلوية: "نباتات الندية آكلة اللحوم ليست كائنات نموذجية". "أقل من حفنة من المختبرات في العالم كانت قادرة في السابق على تعديلها وراثيًا ، لذلك كان علينا تعلم تقنيات جديدة لفحصها عن كثب."

في هذه الدراسة ، طبق العلماء أدوات وراثية لتصوير التغيرات الديناميكية لجزيئات الكالسيوم في الأوراق عندما سقطت فريسة الحشرات على الورقة وتم التقاطها هناك عن طريق الإفرازات اللزجة. في النباتات غير آكلة اللحوم ، تلعب إشارات الكالسيوم العديد من الأدوار الحيوية الداعمة للحياة ، مثل إطلاق مسار دفاع حمض الياسمين لصد الآفات الحشرية غير المرغوب فيها. يستجيب حمض الياسمين أيضًا للنشاط الكهربائي ، وهو عنصر حاسم في التقاط الفريسة في بعض النباتات آكلة اللحوم ، بما في ذلك ندى. أراد العلماء معرفة ما إذا كان هذا المسار الدفاعي نفسه للنباتات غير آكلة اللحوم قد يكون مطلوبًا أيضًا لسلوك الندية آكلة اللحوم.

وجد الفريق أن التغييرات في الكالسيوم داخل الخلية النباتية كانت مطلوبة لتنشيط الجينات التي تستهدف عادةً بحمض الياسمين عندما تنحني الورقة إلى الداخل ، مما يؤدي إلى حبس الحشرة في العصارات الهضمية. لاحظ الباحثون كذلك أن أوراق الندية تنحني بشكل أقل عندما تُعطى فريسة غير حية وعندما يتم حظر قنوات الكالسيوم الخاصة بهم. تُظهر هذه النتائج أن الكالسيوم يساعد في استجابات اصطياد الحشرات للفرائس ، ويدعم ، جنبًا إلى جنب مع عمل الآخرين ، فكرة أن حمض الياسمونيك متورط في هضم الحشرات.

يقول إيفان رادين ، المؤلف الأول المشارك وعالم الأبحاث بجامعة واشنطن في سانت لويس: "كان من الرائع رؤية كيفية استجابة هذه النباتات للتحفيز الميكانيكي المرتبط بالفريسة ، مثل اللمس". "القدرة على الإحساس بالقوى الميكانيكية والاستجابة لها شيء لا يربطه معظم الناس بالنباتات ، خاصة في هذا النطاق الزمني السريع. يقدم عملنا صورة مرئية جميلة لهذه الحقيقة ".

يقول خوري ، حامل كرسي Howard H. و Maryam R. مادة الاحياء. "يوفر هذا مزيدًا من المصداقية لفكرة أن أكل اللحوم في نبتة الشمس قد يكون مسارًا دفاعيًا متطورًا."

بعد ذلك ، سيطبق الباحثون تقنيات وراثية مماثلة لدراسة النباتات آكلة اللحوم الأخرى التي كان من الصعب فحصها في السابق. إنهم يأملون في مزيد من التحقيق في الأساس الجزيئي لآليات أسر الفرائس لفهم أفضل لكيفية تطور الحيوانات آكلة اللحوم في الأنواع ذات الصلة البعيدة ولمعرفة ما إذا كانت المحاصيل يمكن أن تستفيد من تكييف مسارات الاستجابة البيئية والحشرات الحالية للبقاء على قيد الحياة في البيئات الصعبة.

ومن بين المؤلفين الآخرين شارلوت هو من سالك ؛ وكذلك رايان ريتشاردسون وإليزابيث هاسويل من جامعة واشنطن في سانت لويس.

تم دعم هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة (5R35GM122604) ومنحة علماء كلية هواردز هيوز الطبية - مؤسسة سيمونز (55108530).

دوى: 10.1073 / بناس