ما هي الجاذبية الأرضية أو الجاذبية؟

Geotropism هو تأثير الجاذبية على حركة النباتات. تأتي Geotropism من الكلمات "geo" التي تعني الأرض و "tropism" والتي تعني الحركة التي أثارها المنبه (Öpik & Rolfe ، 2005).

في هذه الحالة ، يكون الحافز هو الجاذبية وما يتحرك هو النبات. نظرًا لأن التحفيز هو الجاذبية ، تُعرف هذه العملية أيضًا باسم الجاذبية (Chen، Rosen، & Masson، 1999، Hangarter، 1997).

لقد أثارت هذه الظاهرة لسنوات عديدة فضول العلماء الذين حققوا في كيفية حدوث هذه الحركة في النباتات. أظهرت العديد من الدراسات أن مناطق مختلفة من النبات تنمو في اتجاهين متعاكسين (Chen et al.، 1999، Morita، 2010، Toyota & Gilroy، 2013).

لوحظ أن قوة الجاذبية تلعب دورًا أساسيًا في اتجاه أجزاء النبات: الجزء العلوي ، الذي يتكون من الساق والأوراق ، ينمو للأعلى (الجاذبية السلبية) ، في حين أن المنطقة السفلى التي تشكلها جذور ، ينمو في اتجاه الجاذبية (الجاذبية الإيجابية) (Hangarter ، 1997).

هذه الحركات ، بوساطة الجاذبية ، تضمن أن النباتات تؤدي وظائفها بشكل صحيح.

الجزء العلوي موجه نحو ضوء الشمس لإجراء عملية التمثيل الضوئي ، والجزء السفلي موجه نحو قاع الأرض ، حتى تتمكن الجذور من الوصول إلى الماء والمواد الغذائية اللازمة لتنميتها (Chen et al. ، 1999 ).

كيف يحدث الجاذبية الأرضية؟

تعتبر النباتات حساسة للغاية للبيئة ، ويمكن أن تؤثر على نموها اعتمادًا على الإشارات التي تتصورها ، على سبيل المثال: الضوء ، الجاذبية ، اللمس ، العناصر الغذائية والمياه (Wolverton، Paya، & Toska، 2011).

Geotropism هي ظاهرة تحدث على ثلاث مراحل:

1. الاكتشاف : يتم تنفيذ إدراك الجاذبية بواسطة خلايا متخصصة تسمى statocysts.

2. التحويل والانتقال : يتم تحويل الحافز الفيزيائي للجاذبية إلى إشارة كيميائية حيوية تنتقل إلى خلايا أخرى من النبات.

3. الإجابة : تنمو الخلايا المستقبِلة بحيث يتم إنشاء انحناء يغير اتجاه العضو. وبالتالي ، فإن الجذور تنمو للأسفل وتنبع إلى الأعلى ، بغض النظر عن اتجاه المصنع (Masson et al. ، 2002 ، Toyota & Gilroy ، 2013).

الشكل 1. مثال على geotropism في النبات. لاحظ الفرق في اتجاه الجذور والساق. تحرير: كاثرين بريسينو.

Geotropism في الجذور

تمت دراسة ظاهرة ميل الجذر نحو الجاذبية لأول مرة منذ عدة سنوات. في كتابه الشهير " قوة الحركة في النباتات " ، ذكر تشارلز داروين أن جذور النباتات تميل إلى النمو نحو الجاذبية (Ge & Chen، 2016).

يتم اكتشاف الجاذبية عند طرف الجذر ويتم نقل هذه المعلومات إلى منطقة الاستطالة ، للحفاظ على اتجاه النمو.

إذا كانت هناك تغييرات في الاتجاه فيما يتعلق بمجال الجاذبية ، فإن الخلايا تستجيب عن طريق تغيير حجمها ، بحيث يستمر طرف الجذر في النمو في نفس اتجاه الجاذبية الذي يقدم جاذبية أرضية إيجابية (Sato ، Hijazi ، Bennett ، Vissenberg ، و Swarup) ، 2017 ؛ ولفرتون وآخرون ، 2011).

أظهر داروين و سيسيلسكي أن هناك بنية في طرف الجذور كانت ضرورية للجيولوجيا الجغرافية ، وقد أطلق على هذا الهيكل اسم "الغطاء".

وافترضوا أن الحد الأقصى كان مسؤولًا عن اكتشاف التغييرات في اتجاه الجذور ، فيما يتعلق بقوة الجاذبية (Chen et al. ، 1999).

أظهرت دراسات لاحقة أنه في الغطاء توجد خلايا خاصة ترسب في اتجاه الجاذبية ، وتسمى هذه الخلايا الكيسات.

Statocysts تحتوي على هياكل مماثلة للحجارة ، وتسمى amyloplasts لأنها مليئة بالنشا. تستقر الأميلوبلاز المزدحمة بكثافة مباشرة على طرف الجذور (Chen et al.، 1999، Sato et al.، 2017، Wolverton et al.، 2011).

من الدراسات الحديثة للبيولوجيا الخلوية والجزيئية ، تم تحسين فهم الآلية التي تحكم جذر الأرض.

وقد تبين أن هذه العملية تتطلب نقل هرمون النمو يسمى أوكسين ، وقال النقل يعرف باسم النقل القطبي أوكسين (تشن وآخرون ، 1999 ، ساتو وآخرون ، 2017).

تم وصف ذلك في العشرينات من القرن الماضي في نموذج Cholodny-Went ، الذي يقترح أن يكون انحناء النمو ناتجًا عن التوزيع غير المتكافئ للأوكسينات (Öpik & Rolfe ، 2005).

Geotropism في السيقان

تحدث آلية مماثلة في سيقان النباتات ، مع اختلاف استجابة خلاياها للأكسين بشكل مختلف.

في براعم السيقان ، تؤدي الزيادة في التركيز المحلي للأوكسين إلى تعزيز توسع الخلية ؛ يحدث العكس لخلايا الجذر (موريتا ، 2010 ؛ تعز وزيغر ، 2002).

تساعد الحساسية التفاضلية للأوكسين في تفسير ملاحظة داروين الأصلية التي تنبعث منها الجذور وتستجيب بطريقة عكسية للجاذبية. في كل من الجذور والسيقان ، يتراكم الأوكسين في اتجاه الجاذبية ، في الجانب السفلي.

الفرق هو أن الخلايا الجذعية تستجيب بطرق معاكسة للخلايا الجذرية (Chen et al.، 1999، Masson et al.، 2002).

في الجذور ، تمنع توسع الخلية في الجانب السفلي ويتم إنشاء انحناء نحو الجاذبية (الجاذبية الإيجابية).

في السيقان ، يتراكم الأكسين أيضًا على الجانب السفلي ، ومع ذلك ، يزداد تمدد الخلية ويؤدي إلى انحناء الساق في الاتجاه المعاكس للجاذبية (الجاذبية السلبية) (Hangarter ، 1997 ؛ موريتا ، 2010 ؛ زايجر ، 2002).