ما هو Phototropism؟

لقد وضعت نباتك المفضل على حافة النافذة المشمسة. ستلاحظ قريبًا انحناء النبات باتجاه النافذة بدلاً من نموه لأعلى. ماذا يفعل هذا النبات في العالم ولماذا يفعل هذا؟

الظاهرة التي تشاهدها تسمى التضيق الضوئي. للحصول على تلميح حول ما تعنيه هذه الكلمة ، لاحظ أن البادئة "photo" تعني "light" ، واللاحقة "tropism" تعني "turn". لذا ، فإن phototropism هو عندما تتحول النباتات أو تنحني نحو الضوء.

تحتاج النباتات إلى الضوء لتحفيز إنتاج الطاقة ؛ تسمى هذه العملية البناء الضوئي. هناك حاجة للضوء المتولد من الشمس أو من مصادر أخرى ، إلى جانب الماء وثاني أكسيد الكربون ، لإنتاج السكريات للنبات لاستخدامها كطاقة. الأكسجين يتم إنتاجه أيضًا ، والعديد من أشكال الحياة تتطلب ذلك للتنفس.

من المحتمل أن تكون Phototropism آلية للبقاء تعتمد عليها النباتات بحيث يمكنها الحصول على أكبر قدر ممكن من الضوء. عندما يترك النبات مفتوحًا نحو الضوء ، يمكن أن يحدث المزيد من التمثيل الضوئي ، مما يسمح بتوليد المزيد من الطاقة.

اختلفت الآراء المبكرة حول سبب التضيق الضوئي بين العلماء. يعتقد ثيوفراستوس (371 قبل الميلاد - 287 قبل الميلاد) أن التضيق الضوئي ناتج عن إزالة السوائل من يضيء جانب ساق النبات ، وقد افترض فرانسيس بيكون (1561-1626) لاحقًا أن التضيق الضوئي كان بسبب ذبول. يعتقد روبرت شاروك (1630-1684) أن النباتات منحنية استجابة لـ "الهواء النقي" ، ويعتقد جون راي (1628-1705) أن النباتات تميل نحو درجات الحرارة الباردة الأقرب إلى النافذة.

كان على وشك تشارلز داروين (1809-1882) لإجراء أولى التجارب ذات الصلة بالتضخم الضوئي. وافترض أن مادة تنتج في الطرف تسبب انحناء النبات. باستخدام نباتات الاختبار ، جرب داروين بتغطية أطراف بعض النباتات وترك النباتات الأخرى غير مكشوفة. النباتات ذات الأطراف المغطاة لا تنحني نحو الضوء. عندما غطى الجزء السفلي من النبات ينبع لكنه ترك الأطراف مكشوفة للضوء ، تحركت تلك النباتات نحو الضوء.

لم يعرف داروين ما هي "المادة" المنتجة في الحافة أو كيف تسببت في انثناء جذع النبات. ومع ذلك، ذهب نيكولاي تشولودني وفريتس وجدت في عام 1926 أنه عندما انتقلت مستويات عالية من هذه المادة إلى الجانب المظلل من جذع النبات ، فإن هذا الجذع ينحني وينحني بحيث يتحرك الطرف نحو الضوء. لم يتم توضيح التركيب الكيميائي الدقيق للمادة ، الذي وجد أنه أول هرمون نباتي تم تحديده ، حتى كينيث ثيمان (1904-1977) عزلها وتحديدها على أنها حمض الأندول 3-أسيكس ، أو أوكسين.

الفكر الحالي حول آلية وراء phototropism على النحو التالي.

الضوء ، على طول موجة حوالي 450 نانومتر (ضوء أزرق / بنفسجي) ، يضيء نباتًا. يلتقط بروتين يسمى المستقبل الضوئي الضوء ويتفاعل معه ويحفز الاستجابة. تسمى مجموعة بروتينات المستقبلات الضوئية للضوء الأزرق المسؤولة عن التضيق الضوئي فوتوتروبين. ليس من الواضح بالضبط كيف تشير phototropins إلى حركة الأوكسين ، ولكن من المعروف أن الأوكسين يتحرك إلى الجانب المظلم المظلل من الجذع استجابة للتعرض للضوء. يحفز أوكسين إطلاق أيونات الهيدروجين في الخلايا في الجانب المظلل من الجذع ، مما يؤدي إلى انخفاض الرقم الهيدروجيني للخلايا. ينقص انخفاض درجة الحموضة الإنزيمات (التي تسمى expansins) ، والتي تتسبب في تضخم الخلايا وتقود الجذع للانحناء نحو الضوء.

• إذا كان لديك نبات يعاني من التضيق الضوئي في النافذة ، فحاول قلب النبات في الاتجاه المعاكس ، بحيث ينحني النبات بعيدًا عن الضوء. يستغرق النبات حوالي ثماني ساعات فقط ليعود النبات باتجاه الضوء.
• تنمو بعض النباتات بعيدًا عن الضوء ، وهي ظاهرة تسمى التضيق الضوئي السلبي. (في الواقع ، جذور النباتات تواجه هذا ؛ بالتأكيد لا تنمو الجذور نحو الضوء. كلمة أخرى لما يختبرونه هي الانجذاب نحو الانجذاب.)
• قد تبدو المعالجة الضوئية وكأنها صورة لشيء محظوظ ، لكنها ليست كذلك. وهي تشبه التضيق الضوئي من حيث أنها تنطوي على حركة النبات بسبب التحفيز الضوئي ، ولكن في التصوير الضوئي ، لا تكون الحركة تجاه التحفيز الضوئي ، ولكن في اتجاه محدد مسبقًا. يتم تحديد الحركة بواسطة النبات نفسه ، وليس بواسطة الضوء. من الأمثلة على المعالجة الضوئية فتح وإغلاق الأوراق أو الزهور ، بسبب وجود أو عدم وجود ضوء.