گیاهانی که در یخبندان زنده می مانند! - آی تی گپ

با استفاده از یک میکروسکوپ الکترونی اسکن انجمادی ویژه، محققان موسسه جانورشناسی Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) توانستند تصاویری با وضوح بالا از فرآیندهای یخ زدن سطوح گیاهان بومی آلمان و قطب جنوب در در مقیاس نانو تهیه نمایند. آنها ساختارهای ریز مختلفی را روی سطوح برگ کشف کردند که با آن گیاهان از خود در برابر دمای پایین محافظت می نمایند.

درک بهتر این راهبردهای حفاظتی می تواند برای حفاظت از محصولات کشاورزی یا سطوح مصنوعی مانند هواپیما نیز جالب باشد. نتایج این کار در مجله The Science of Nature منتشر شده است.

در هوای بسیار سرد، هواپیماها با مایعات خاصی شسته می شوند یا با سطوح قابل حرارت ساخته می شوند تا از یخ زدگی محافظت شوند. علم و صنعت در سراسر دنیا در حال آنالیز پوشش های مناسب برای حمل و نقل هوایی است.

استانیسلاو گورب رئیس گروه تحقیقاتی مورفولوژی عملکردی و بیومکانیک در این زمینه شرح داد: بسیاری از گیاهان حفاظت طبیعی را در برابر یخ زدگی در طول دوره تکامل خود ایجاد نموده اند.

بیش از 20 سال است که این جانورشناس به همراه همسرش النا گورب گیاهان را مطالعه می نماید. برای یافتن اینکه چگونه گیاهان از خود در برابر یخ زدگی محافظت می نمایند، تحقیقات تا به امروز بیشتر روی فرآیندهای شیمیایی در سلول گیاهان، مانند قند یا سایر محتوای ضدیخ متمرکز شده است.

تیم تحقیقاتی وی اکنون توانسته است، نشان دهد که ساختار سطحی برگ ها نیز در دماهای سرد عملکرد محافظتی مهمی دارند. برای این منظور، این دو محقق تشکیل بلورهای یخ را روی انواع مختلف برگ گیاهان وحشی بومی آنالیز کردند.

النا گورب در این زمینه گفت: ما می توانیم نشان دهیم که موهای ریز، موسوم به تریکوم یا لایه ای مومی روی برگ ها سازگاری مؤثر گیاهان برای جلوگیری یا کنترل یخ زدگی مستقیم سطح برگ هستند. اگر لایه ای از یخ مستقیم روی کوتیکول تشکیل گردد، سلول های گیاهی به سرعت یخ می زند.

این دو محقق توانستند مکانیسم های محافظتی متفاوتی را روی برگ ها شناسایی نمایند. برگ های گیاه با تریکوم، مانند برگ های دیزی (Bellis perennis)، معمولاً آب دوست هستند، بنابراین کریستال های یخ ابتدا در نوک آنها تشکیل می شوند و به محض اینکه دما بالا رفت به سرعت ذوب می شوند بنابراین سطح حساس زیرین برگ بدون یخ زدگی و آسیب نخورده باقی می ماند.

از سوی دیگر، سطوح برگ های پوشیده شده با برجستگی های مومی در مقیاس نانو، مانند سطوح بعضی از گونه های لاله (Tulipa gesneriana)، فوق آب گریز هستند، قطرات آب بلافاصله می ریزد که به عنوان اثر نیلوفر آبی نیز شناخته می گردد. بلورهای یخ تنها زمانی می توانند در اینجا تشکیل شوند که مولکول های آب به علت نقص در لایه موم در آنجا جمع شوند. اما حتی در این صورت هم به لایه موم آسیب نمی رسانند و برگ زیر آن دست نخورده باقی می ماند.

گیاهانی با برگ های نسبتاً صاف مانند لورل گیلاس (Prunus laurocerasus) در نگاه اول کمترین محافظت را دارند: کریستال های یخ می توانند در سراسر سطح برگ تشکیل شوند. هنگامی که در معرض نور خورشید قرار می گیرد، آب در قسمت های پایین تر برگ تجمع می یابد. هنگامی که دما دوباره کاهش می یابد، این گودال ها یخ می زنند و می توانند باعث آسیب دائمی به سلول های گیاه شوند.

استانیسلاو گورب گفت: اما از آنجایی که چنین گیاهانی در زمستان زنده می مانند، فکر می کنیم که از محافظت شیمیایی کافی در برابر یخ زدگی برخوردار هستند.

به گزارش ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، این تیم تنها قادر به مطالعه بلورهای یخ در مقیاس نانو با میکروسکوپ الکترونی انجمادی بود. برخلاف روش های دیگر، نمونه های بیولوژیکی در اینجا خشک نمی شوند بلکه خیلی سریع منجمد می شوند. این ساختار آنها را به خوبی حفظ می نماید و به آنان اجازه می دهد تا در حالت تقریبا اصلی مورد مطالعه قرار گیرند.

این محقق توضیح داد: گیاهان راه های زیادی برای محافظت از خود در برابر سرما در جریان تکامل پیدا نموده اند. فعل و انفعالات با آب روی سطح برگ، به ویژه برای توسعه سطوح ضد یخ، نوید بینش های هیجان انگیزی می دهد. اما ما هنوز اطلاعات کمی در خصوص این فرآیندها داریم.

منبع: ایرنا