چرا گیاهان جوان در برابر بیماری‌ها ضعیف‌ترند؟ | بررسی علمی جدید

1

از سرفه‌های کودکان در حیاط مدرسه گرفته تا آفت‌های جنگلی، جوان‌ترها همیشه بیشتر از بزرگ‌ترها در برابر بیماری آسیب‌پذیرند. این الگو در سراسر گونه‌ها و اکوسیستم‌ها دیده می‌شود. کودکان بیشتر دچار سرماخوردگی می‌شوند، نهال‌ها زیر حملات قارچی پژمرده می‌شوند، در حالی که گیاهان بالغ مقاوم می‌مانند.

چرا تکامل این آسیب‌پذیری را اصلاح نکرده است؟

دانشمندان سال‌هاست که در این فکرند چرا تکامل این ضعف را اصلاح نکرده است؟ آیا نباید موجودات جوان، که در برابر بیماری‌ها آسیب‌پذیرترند، دفاع قوی‌تری داشته باشند؟

مطالعه‌ای جدید از زیست‌شناسان دانشگاه مریلند (UMD) نوری تازه بر این پرسش قدیمی انداخته است. این پژوهش بر کودکان یا نوزادان حیوانات تمرکز ندارد، بلکه گیاهان را بررسی می‌کند. به‌طور خاص، آن‌ها بر روی گیاهی به نام Silene latifolia یا “کامپیون سفید” که یک گل وحشی رایج در اروپا و بخش‌هایی از آمریکای شمالی است، مطالعه کردند.

این گیاه اغلب به بیماری قارچی‌ای به نام “آنتِر-اسمات” (anther-smut) مبتلا می‌شود. این بیماری کشنده نیست، اما توانایی تولیدمثل گیاه را از بین می‌برد چون قسمت‌های تولید گرده را نابود می‌کند.

دفاع پرهزینه در دوران جوانی

تعادل دشوار بین رشد و مقاومت

پژوهشگران دریافتند که گیاهان جوان با یک معاوضه دشوار روبرو هستند: گیاهانی که در دوران ابتدایی زندگی در برابر بیماری مقاومت می‌کنند، هزینه سنگینی می‌پردازند. رشد آن‌ها کند می‌شود و موفقیت تولیدمثل‌شان در آینده به‌طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.

امیلی برونز، یکی از نویسندگان مطالعه و استاد زیست‌شناسی دانشگاه مریلند، می‌گوید:

«این یک راز است که چرا موجودات جوان مقاومت بیشتری در برابر بیماری‌ها تکامل نداده‌اند، چون بیماری در این مرحله می‌تواند مرگبار باشد.»

«یافته‌های ما نشان می‌دهد که یک هزینه پنهان در کار است که مانع می‌شود این گیاهان بتوانند کاملاً در برابر بیماری مقابله کنند.»

سیستم ایمنی اولیه انرژی را تخلیه می‌کند

برای کشف این الگوها، تیم پژوهشی ۴۵ خط ژنتیکی مختلف از کامپیون سفید را در شرایط کنترل‌شده آزمایشگاهی پرورش دادند و واکنش آن‌ها را نسبت به قارچ بیماری‌زا در دوران نهال بودن و بزرگ‌سالی بررسی کردند.

نتایج نشان داد که گیاهان جوانی که مقاومت بالایی در برابر بیماری نشان دادند، در دوران بزرگ‌سالی گل‌ها و دانه‌های بسیار کمتری تولید کردند – حتی زمانی که در مزرعه‌هایی بدون بیماری رشد کردند.

انرژی محدود، انتخاب سخت

پژوهشگران را این سؤال غافلگیر کرد: چرا دفاع در دوران ابتدایی زندگی باید این‌قدر هزینه‌بر باشد؟ پاسخ در نحوه تخصیص انرژی در گیاهان نهفته است.

گیاهان جوان، مانند حیوانات جوان، منابع داخلی محدودی دارند. آنچه برای دفاع خرج می‌کنند، دیگر نمی‌تواند صرف رشد ریشه، برگ یا اندام‌های تولیدمثل شود.

برونز توضیح می‌دهد:

«ما دریافتیم که گیاهان جوان برای مقابله با بیماری هزینه بیشتری نسبت به گیاهان بالغ می‌پردازند.»

«مقابله با قارچ برای نهال‌ها دشوارتر و پرهزینه‌تر بود. آن‌ها انرژی محدودی دارند. اگر این انرژی را صرف مقابله با بیماری کنند، دیگر برای رشد آینده چیزی نمی‌ماند.»

توقف تکامل در گیاهان جوان

برای بررسی این موضوع که آیا این هزینه می‌تواند مانع تکامل مقاومت قوی‌تر شود، پژوهشگران یک مدل ریاضی ساختند. نتیجه نشان داد که بهای انرژی مورد نیاز برای مقاومت آن‌قدر بالاست که تکامل دفاع قوی‌تر در دوران جوانی را متوقف می‌کند.

اگر چنین هزینه‌ای وجود نداشت، گیاهانی با مقاومت بالاتر در اوایل عمر از دیگران پیشی می‌گرفتند و بیماری را از بین می‌بردند. اما چون مقاومت، توان تولیدمثل در آینده را کاهش می‌دهد، تکامل عقب‌نشینی می‌کند.

برونز می‌گوید:

«برخی گیاهان جوان هزینه را می‌پردازند و به بزرگ‌سالی می‌رسند، اما گل‌های کمتری تولید می‌کنند، پس توان تولیدمثل‌شان کمتر می‌شود.»

«اما بیشتر گیاهان در دوران نهال بودن همچنان آسیب‌پذیر باقی می‌مانند و این باعث می‌شود بیماری باقی بماند.»

جالب‌تر اینکه این اثرات منفی بلافاصله ظاهر نمی‌شوند. گیاهان جوان مقاوم در فصل رشد اول ظاهری سالم دارند، اما در سال دوم که زمان اوج تولیدمثل آن‌هاست، افت قابل توجهی در گل‌دهی دارند.

نقش جنسیت در تأثیر مقاومت

پژوهشگران همچنین تفاوت قابل توجهی بین گیاهان نر و ماده یافتند. گیاهان نر هنگام سرمایه‌گذاری در مقاومت، جریمه‌های بسیار بالاتری متحمل می‌شوند.

برونز معتقد است که دلیل آن این است که گیاهان نر کامپیون سفید گل‌های بیشتری نسبت به ماده‌ها تولید می‌کنند. موفقیت تولیدمثل آن‌ها به پخش هرچه بیشتر گرده وابسته است، پس از دست دادن انرژی برای دفاع، ضربه‌ای بزرگ به آن‌ها می‌زند.

«گیاهان نر گل‌های بسیار بیشتری برای پخش گرده تولید می‌کنند – پس هزینه انحراف منابع به مقاومت در برابر بیماری برای آن‌ها بسیار بیشتر است.»

این یافته نشان می‌دهد که چگونه فشارهای تکاملی می‌توانند بسته به جنسیت متفاوت باشند. همان‌طور که در حیوانات، در گیاهان نیز استراتژی تولیدمثل تعیین می‌کند که بیماری چه اثری خواهد داشت.

چرا ضعف گیاهان جوان اهمیت دارد؟

اگرچه این تحقیق بر روی یک گل وحشی متمرکز است، اما پیامدهای آن فراتر می‌رود. بسیاری از گونه‌ها – از انسان تا ماهی – در دوران جوانی آسیب‌پذیرتر هستند. برونز باور دارد این مطالعه دیدگاه تازه‌ای برای درک دلیل این پدیده فراهم می‌کند.

چون در بسیاری از جمعیت‌ها، جوانان بار بیماری را به دوش می‌کشند، فهم چرایی آسیب‌پذیری آن‌ها می‌تواند به طراحی رویکردهای بهتر در کشاورزی، حفاظت محیط زیست و سلامت کمک کند.

«طبیعت پر از بیماری‌های عفونی است. درک تعادل‌ها بین میزبان و بیماری‌زاها به ما کمک می‌کند بفهمیم که تکامل چگونه این روابط را در طول میلیون‌ها سال شکل داده است.»

گام‌های بعدی در پژوهش

تیم پژوهشی قصد ندارد به این مطالعه بسنده کند. آن‌ها می‌خواهند بدانند که زمان‌بندی چه نقشی دارد. اگر بیماری کمی دیرتر حمله کند – پس از آنکه نهال‌ها برگ‌های واقعی خود را تولید کردند و کمتر به انرژی ذخیره‌شده وابسته‌اند – آیا مقاومت، کمتر هزینه‌بر خواهد شد؟

همچنین آن‌ها قصد دارند نقش گیاهان بالغ مقاوم را بررسی کنند. اگر اطراف نهال‌ها را گیاهان بالغ مقاوم احاطه کنند، آیا فشار بیماری در محیط کاهش می‌یابد؟ آیا گیاهان بالغ می‌توانند به نوعی نسل بعدی را در برابر تهدید قارچی محافظت کنند؟

این پرسش‌ها می‌توانند مسیرهای پژوهشی جدیدی را بگشایند – نه فقط برای بوم‌شناسان، بلکه برای کسانی که به دنبال کاهش بیماری در محصولات کشاورزی یا مدیریت عفونت‌ها در حیات‌وحش هستند.

نتیجه‌گیری

تکامل راه‌حل‌های کامل ندارد. اما پژوهش‌هایی مانند این نشان می‌دهند که هر موجود زنده – حتی یک نهال گل وحشی – باید محاسبات پیچیده‌ای انجام دهد تا تعادل بین بقا و تولیدمثل را حفظ کند.

این مطالعه در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.