آفتابگردان‌ها در مواجهه با سه منبع نور متفاوت، به کدام سو خم می‌شوند؟
منتشرشده: · فناوری
آفتابگردان‌های جوان به توانایی دنبال‌کردن حرکت خورشید در آسمان معروف‌اند. اما پژوهش جدیدی نشان می‌دهد واکنش این گیاهان به نور پیچیده‌تر از آن چیزی است که تصور می‌شد.
آفتابگردان‌های جوان به توانایی دنبال‌کردن حرکت خورشید در آسمان معروف‌اند. اما پژوهش جدیدی نشان می‌دهد واکنش این گیاهان به نور پیچیده‌تر از آن چیزی است که تصور می‌شد. وقتی دانشمندان نهال‌های آفتابگردان را در معرض سه منبع نور مصنوعی قرار دادند، گیاهان برخلاف انتظار به سمت ضعیف‌ترین منبع نور خم شدند.
به‌گزارش ZME Science، نتایج مطالعه نشان می‌دهد که آفتابگردان‌ها بدون داشتن مغز یا دستگاه عصبی، می‌توانند پیام‌های نوری متضاد را پردازش و با یکدیگر ترکیب کنند تا جهت رشد خود را تعیین کنند.
پژوهشگران آزمایش‌های خود را روی نهال‌های یک‌هفته‌ای آفتابگردان با ارتفاع یک تا سه سانتی‌متر انجام دادند. آن‌ها گیاهان را در معرض چراغ‌های LED آبی قرار دادند و با ثبت تصاویر در بازه‌ای دست‌کم ۲۱ ساعته، تغییر جهت رشد ساقه‌ها را بررسی کردند.
در آزمایش نخست، یک چراغ وجود داشت و همان‌طور که انتظار می‌رفت، افزایش شدت نور باعث خم‌شدن بیشتر نهال‌ها به سمت آن شد. البته با دو برابرشدن شدت نور، میزان خم‌شدن ساقه‌ها دو برابر نمی‌شد.
در مرحله‌ی بعد، دو چراغ در جهت‌های مخالف قرار گرفتند. نهال‌ها به سمت منبع پرنورتر خم شدند و هرچه اختلاف روشنایی دو چراغ بیشتر بود، میزان خم‌شدن نیز افزایش می‌یافت.
اما آزمایش سوم نتیجه‌ی متفاوتی داشت. پژوهشگران دو چراغ با روشنایی یکسان را روبه‌روی یکدیگر قرار دادند و چراغ سومی را با زاویه‌ی ۹۰ درجه نسبت به آن‌ها اضافه کردند. شدت نور چراغ سوم کمتر از نصف هرکدام از دو چراغ دیگر بود.
نتایج نشان داد میانگین جهت رشد ۳۴ نهال تقریباً دقیقاً به سمت ضعیف‌ترین چراغ بود. دلیل این رفتار آن است که پیام‌های نوری دو چراغ قوی‌تر، به‌دلیل قرارگرفتن در جهت‌های مخالف، عملاً اثر یکدیگر را خنثی می‌کردند و درنتیجه، نور ضعیف‌تر جهت رشد گیاه را تعیین می‌کرد.
این یافته نشان می‌دهد گیاهان لزوماً به سمت روشن‌ترین منبع نور رشد نمی‌کنند، بلکه واکنش آن‌ها به ترکیب پیام‌های نوری دریافتی از محیط بستگی دارد.
آفتابگردان‌ها نور را با کمک پروتئین‌هایی به نام «فوتوتروپین» تشخیص می‌دهند که بیشتر در نزدیکی سطح بیرونی ساقه قرار دارند. این پروتئین‌ها با دریافت نور، تغییراتی در رشد سلول‌های بخش‌های مختلف ساقه ایجاد می‌کنند و باعث می‌شوند گیاه به سمت مشخصی خم شود.
آفتابگردان‌ها در مواجهه با سه منبع نور، برخلاف انتظار به سمت ضعیف‌ترین چراغ رشد کردند
بااین‌حال، واکنش گیاه به نور رابطه‌ای کاملاً مستقیم با شدت روشنایی ندارد. برای مثال، دو برابرشدن شدت نور، پاسخی کمتر از دو برابر ایجاد می‌کند. به همین دلیل، گیاه صرفاً شدت نورهای مختلف را جمع نمی‌زند، بلکه پیام‌های پردازش‌شده در بخش‌های مختلف ساقه را با یکدیگر ترکیب می‌کند.
پژوهشی در سال ۲۰۲۳ نیز نشان داده بود که فضاهای بسیار کوچک هوا در ساقه‌ی گیاهان جوان به پراکندگی نور کمک می‌کنند و تفاوت میان بخش‌های روشن و سایه‌دار ساقه را افزایش می‌دهند. مطالعه‌ی جدید توضیح می‌دهد که این پیام‌های موضعی هنگام دریافت نور از چند جهت چگونه با یکدیگر ترکیب می‌شوند.
مدل ریاضی پژوهشگران احتمال جالب دیگری را مطرح می‌کند: سامانه‌ی تشخیص نور در گیاهان ممکن است در شرایط خاص، واکنشی شبیه خطای دید ایجاد کند. براساس این مدل، وقتی نور از چند جهت به گیاه می‌تابد، ممکن است ساقه اندکی از جهتی که بیشترین نور را دریافت می‌کند منحرف شود. به بیان دیگر، جهت رشد گیاه همیشه با توزیع واقعی نور در محیط مطابقت ندارد.
البته این پدیده هنوز به‌طور تجربی مشاهده نشده است. مدل پژوهشگران انحرافی حداکثر شش درجه‌ای را پیش‌بینی می‌کند که تشخیص آن به‌دلیل حرکت‌های طبیعی ساقه هنگام رشد دشوار است.
منظور از خطای دید نیز تجربه‌ای شبیه توهم بینایی انسان نیست، بلکه احتمال ایجاد اختلاف میان جهت واقعی نور و پاسخ سامانه‌ی تشخیص نور گیاه است.
یافته‌های جدید نشان می‌دهد تنظیم جهت رشد آفتابگردان‌ها حاصل فرایندی پیچیده از دریافت و ترکیب اطلاعات محیطی است؛ فرایندی که بدون مغز یا دستگاه عصبی و تنها با سازوکارهای زیستی موجود در ساقه انجام می‌شود.
پژوهش در ژورنال PNAS منتشر شده است.