درخت چتر آکاسیا و راز رشد در دل خشکسالی

1

وقتی آب تمام می‌شود، بیشتر درختان رشد خود را متوقف می‌کنند. اما درخت چتر آکاسیا مسیر دیگری را انتخاب می‌کند: به‌جای توقف، همچنان به فتوسنتز و رشد ادامه می‌دهد، از هر قطره آبی که می‌تواند به آن دست یابد بهره می‌برد و به جلو پیش می‌رود، زمانی که دیگران عقب‌نشینی می‌کنند.

این رفتار، خلاف پاسخ معمول گیاهان به استرس آبی است. اما شاید همین ویژگی توضیح دهد چرا آکاسیای چتری قرن‌ها در یکی از خشک‌ترین زیستگاه‌های زمین دوام آورده است.

چگونه آکاسیای چتری در برابر خشکسالی مقاومت می‌کند

اغلب گیاهان هنگام کمبود آب، فعالیت‌های زیستی خود را متوقف می‌کنند تا از ذخایر رطوبتی محافظت کنند. اما آکاسیای چتری دقیقاً برعکس عمل می‌کند. به محض اینکه آب کم می‌شود، رشد خود را تشدید می‌کند.

«انتظار دارید بیشتر گیاهان در زمان کمبود آب خاموش شوند، اما آکاسیای چتری در همان مراحل اولیه استرس، سرعت می‌گیرد و همه‌چیز را به خطر می‌اندازد»، جیمز پیس، زیست‌شناس تکاملی از دانشگاه ایالتی اوهایو، توضیح می‌دهد.

پژوهشگران رفتار آکاسیای چتری (Vachellia tortilis) را با خویشاوند نزدیکش، آکاسیای خار درخشان (Vachellia robusta) که بیشتر در مناطق مرطوب‌تر می‌روید، مقایسه کردند. تفاوت چشمگیر بود.

«آکاسیای خار درخشان معمولاً صرفه‌جو است – آب را ذخیره می‌کند و رشد زیادی ندارد. اما آکاسیای چتری برعکس، می‌کوشد بیشتر رشد کند، فتوسنتز بیشتری انجام دهد و کربن بیشتری ذخیره کند»، پیس می‌گوید.

به گفته او، وقتی آب دیگر در دسترس نباشد، درخت اجازه می‌دهد بخش‌های بالایی‌اش خشک شوند تا در فصل بعد، با بارش تازه دوباره رشد کند.

درختی سخت‌جان از ریشه تا شاخه

آکاسیای چتری یاد گرفته است چگونه به شیوه خود زنده بماند. این درخت در محیط‌های فوق‌العاده خشک رشد می‌کند، جایی که برای گیاهان چوبی بزرگ تقریباً غیرممکن است.

پیس توضیح می‌دهد: «این درختان توسط زرافه‌ها خورده می‌شوند، فیل‌ها آن‌ها را واژگون می‌کنند، با علف‌ها رقابت دارند، و حتی آتش‌سوزی علف‌ها هم تهدیدی دائمی برایشان است. مجموعه‌ای از فشارها بر آن‌ها وارد می‌شود.»

او تأکید می‌کند که مرحله رویش اولیه نهال برای بقای درخت حیاتی است – در همین مرحله مشخص می‌شود کدام نهال توانایی جذب آب و انرژی کافی برای ادامه حیات را دارد.

در اینجاست که آکاسیای چتری از دیگران پیشی می‌گیرد. حتی در حالی که آب خود را مصرف می‌کند، سرمایه‌گذاری بلندمدتی روی ریشه‌های عمیق دارد – مدت‌ها پیش از آن‌که از سطح زمین شبیه درختی بالغ شود.

«اگر نهال کوچکی از آکاسیا را بیرون بکشید، ریشه‌هایی به اندازه یک درخت کامل دارد. زمانی که ترکیب مناسب آب و مواد مغذی را پیدا کند، ریشه‌هایش آماده‌اند تا از رشد یک درخت کامل پشتیبانی کنند»، پیس می‌گوید.

ابزارهای مشابه، زمان‌بندی متفاوت

دانشمندان برای بررسی واکنش ژنتیکی دو گونه آکاسیا به خشکسالی، ترنسکریپتوم آن‌ها را توالی‌یابی کردند – تصویری لحظه‌ای از اینکه کدام ژن‌ها در چه مرحله‌ای از استرس فعال می‌شوند.

هر دو درخت از سیستم‌های مشابهی برای مقابله با خشکسالی استفاده کردند، از جمله مکانیزم‌هایی برای مدیریت فتوسنتز و پایداری سلولی. اما تفاوت در زمان و نحوه فعال‌سازی این سیستم‌ها بود.

آکاسیای خار درخشان حالت تدافعی داشت – آهسته، محتاط و صرفه‌جو. اما آکاسیای چتری تهاجمی بود – سریع، پرریسک و تمام‌عیار.

این تفاوت‌ها ناشی از جهش‌های ژنتیکی دائمی نبودند، بلکه به نحوه و زمان فعال‌شدن ژن‌ها بستگی داشتند.

«لزومی ندارد توالی ژن و بیان ژن همزمان تغییر کنند. ژن‌هایی که در پاسخ به خشکسالی فعال می‌شوند، الزاماً جهش ندارند، و این نشان می‌دهد این دو مکانیسم مستقل از هم هستند»، الن وینهیمر، نویسنده اصلی مطالعه می‌گوید.

درس‌هایی فراتر از ساوانا

این پژوهش کمک می‌کند بفهمیم چرا برخی درختان در شرایط محیطی شدید زنده می‌مانند. همچنین به حوزه رو‌به‌گسترش ژنتیک درختان استوایی می‌افزاید.

پیس می‌گوید: «استرس خشکی و تغییر زیستگاه اقلیمی، فقط مختص آکاسیاهای آفریقایی نیست. با این حال، مطالعات ژنومی اندکی روی درختان استوایی انجام شده که تأثیر خشکسالی بر آن‌ها را بررسی کند.»

این یافته‌ها فقط برای آفریقا اهمیت ندارند. با تغییر اقلیم جهانی، گیاهان سراسر جهان با فشارهای جدیدی روبه‌رو می‌شوند.

درک چگونگی سازگاری برخی درختان می‌تواند به دانشمندان در طراحی برنامه‌های حفاظتی بهتر یا حتی کشت محصولات مقاوم‌تر به خشکسالی کمک کند. آزمایشگاه پیس همچنان در حال مطالعه تغییرات بیان ژن در گونه‌های مختلف و در طول زمان است.

«ما در حال بررسی لایه‌لایه تغییرات سطح بیان ژن میان گونه‌ها هستیم و درمی‌یابیم که بیان ژن به اندازه جهش‌ها اهمیت دارد. جهش در یک ژن ممکن است بر بیان ژن دیگر اثر بگذارد، و این نگاهی کاملاً تازه به تکامل ارائه می‌دهد»، پیس توضیح می‌دهد.

نتایج کامل این پژوهش در مجله The Plant Journal منتشر شده است.

نتیجه‌گیری

آکاسیای چتری با نادیده‌گرفتن قوانین معمول بقا، الگویی از تاب‌آوری طبیعی ارائه می‌دهد. درختی که حتی در سخت‌ترین شرایط، به‌جای عقب‌نشینی، راه رشد را انتخاب می‌کند – درسی زنده از پایداری و سازگاری در دل بیابان.