رازگشایی از روابط جهانی گیاهان و اقلیم

کلید پیش بینی تغییرات اقلیمی را باید در روزنه برگ گیاهان جستجو کرد

منافذ ظریف موجود در ساختار برگ گیاهان که دانش بشری تاکنون برای درک و شناخت آنها حرف زیادی برای گفتن نداشته‌اند می‌توانند به عنوان الگوهای پیشرفته‌ای برای خلق پیش‌بینی‌های صحیح تغییرات آب و هوایی ایفای نقش کنند.

پژوهش جدید دانشمندان در خصوص نحوه پاسخدهی منافذ میکروسکوپی برگ‌ها نسبت به نور خورشید توانسته پرده از روی شماری از نخستین روابط عالمگیر موجود میان گیاهان و اقلیم کنار زده و رازگشای شگفتی‌های دیگری از مادر طبیعت باشد. دانشمندان معتقدند با درک این روابط کلی می‌توان تا حد گسترده‌ای مدل‌های آب و هوایی و اقلیمی را توسعه و بهبود بخشید، چرا که چنین قابلیت‌هایی قادرند تغییرات جوی روی جنگل ها، علفزارها، سبزال‌ها و سایر نواحی تحت سیطره و فراوانی گیاهان را به شکلی صحیح به نمایش بگذارند.

محققان دانشگاه استنفورد و مرکز تحقیقات علوم کارنگی که پیشروی تحقیقات فراوانی درخصوص فرآیندهای تنفس و تعریق گیاهان به شمار می‌روند در بیان اهمیت و درستی پیش‌بینی‌های آب و هوایی ساختار برگی گیاهان و اطمینان از اتکا به مدل‌های ارائه شده از سوی گیاهان در نمایش مدل‌های اقلیمی مورد انتظار معترفند چنانچه یکی از این مدل‌های اقلیمی را اتخاذ کرده و تمامی گیاهان روی زمین را نیز محو و از میان رفته فرض کنیم، مشاهده می‌شود مدل پیشنهادی حاکی از اقلیمی گرم و خشک‌تر خواهد بود.

دلیل این برآورد صاف و ساده و البته صحیح از جانب گیاهان به یکی از کارکردهای حیاتی و پر راز و رمز طبیعت سبز یعنی فرآیند فراتراوش یا همان تعرق برمی‌گردد که از گذشته دور محل حدس و گمانه‌زنی‌های گیاه‌شناسان متقدم بوده و اکنون نیز به کانون توجه و دلبستگی رشته‌های بسیار تخصصی دانش گیاه‌شناسی در حد فوق‌تخصص‌های تعریق و تعرق و فتوسنتز بدل شده است. واقعیت این است که گیاهان در پاسخ به محرک‌های محیطی، آب را از طریق منافذی موسوم به روزنه‌های دهانی یا همان استوماتا فراتراوش می‌کنند. از جمله موارد مهمی که روزنه‌های برگی گیاهان را وادار به عکس‌العمل حیاتی تعرق می‌کند می‌توان به میزان و نحوه تابش نور خورشید روی آنها، میزان فرآیند فتوسنتزی که در این راه خرج می‌شود و میزان دی اکسید کربن موجود در هوا اشاره کرد.

چند سالی می‌شود که اقلیم‌شناسان به فکر استفاده بیشتر و نزدیک‌تر از اطلاعات گیاهان در مدل‌های پیش‌بینی اقلیمی افتاده‌اند. به بیان دیگر، از سال‌ها قبل تا امروز محققان تلاش کرده اند مدل‌های اقلیمی را با داده‌های گیاهی آشنا و مأنوس کنند و در این راه مدل‌های آب و هوایی هدف گنجاندن اطلاعاتی درباره گیاهان شده‌اند که محتوای اطلاعاتی آنها بیشتر مبتنی بر سنجش‌ها و اندازه‌گیری‌های جمع‌آوری شده از مکانیسم واقعی تعرق گیاهان بوده است.

اما این مهم که دانشمندان از گنجاندن اطلاعات گیاهی در مدل‌های اقلیمی چه اهدافی را در سر داشته‌اند باید گفت این داده‌ها به منظور طرح بحث و استدلال و همچنین کمک به یافتن دلایلی برای ابعاد کمتر شناخته شده روابط متقابل گیاهان و محیط مورد استفاده قرار گرفته اند که به عنوان مثالی شاخص می‌توان به بحث درخصوص این رابطه مهم اشاره کرد که سطوح بالاتر دی اکسید کربن باعث می‌شود گیاهان روزنه‌های برگی‌شان را ببندند و تعرق آب‌شان را کاهش دهند، بنابراین همچنان که گیاهان آب کمتری را از زمین برداشت و جذب می‌کنند، سیلان جریان‌های داخلی گیاه افزایش می‌یابد.

با این اوصاف و به‌رغم اهمیت موضوع ورود داده‌های با ارزش گیاهی به محدوده مدل‌های آب و هوایی و نقش مهم آنها در نمایش دلایلی برای شناخت بهتر روابط محیطی و ترسیم الگوهای صحیح پیش‌بینی، اما گویا دانشمندان با مشکلی روبه‌رو هستند. این مشکل از آنجا ناشی می‌شود که داده‌های گیاهی اولیه که برای گنجانده شدن در مدل‌های آب و هوایی مورد استفاده واقع شدند تنها شمار معدودی از گیاهان را پوشش می‌دهند و از طرفی چنین داده‌هایی نسبت به این موضوع مهم که گیاهان ـ یا بهتر بگوییم روزنه‌های برگی‌شان ـ چگونه به تغییرات حاصله در نور، گرما و دی اکسید کربن واکنش نشان می‌دهند، قابل استناد و مبتنی بر درک و شناخت عمیقی نیست.

این موضوع باعث شده محققان به فکر چاره افتاده و عوض درگیر شدن در مدلی با داده‌های ابتدایی و نارسا، خواهان اطلاعات افزون‌تری درخصوص رفتار روزنه‌های برگی گیاهان شوند تا این‌که صرفا به داده‌های گیاهی تجربی اکتفا کنند؛ چرا که به اعتقاد محققان مکانیسم کارکرد و رفتار روزنه‌های دهانی برگ گیاهان و رابطه متقابل آنها با شرایط محیطی، کلید اصلی پیش‌بینی درست مدل‌های آب و هوایی به شمار می‌رود و اکنون که یافته‌های آنها گویای این قابلیت کارآمد است نمی‌توان از کنار توانمندی بالایی که طبیعت در اختیار ما گذاشته است براحتی گذشت.

از این رو محققان برای یافتن پاسخ‌های بهتر و قابل اطمینان به اجرا و هدایت تحقیقات آزمایشگاهی بسیار دقیقی همت گماشته‌اند که محور مطالعاتی آن در خصوص نحوه رفتار روزنه‌های دهانی برگ گیاهان و در نتیجه فرآیند تعرق و تعادل آب درون برگ‌ها و واکنش آنها نسبت به نور جذب شده توسط برگ‌هاست.

در این میان محققان کشف کرده‌اند که روزنه‌های دهانی برگ‌ها نه تنها در حکم منافذ ساده‌ای در ساختار برگی گیاهان محسوب نمی‌شوند، بلکه این ریز ساختارهای حیاتی به مثابه سنجشگرهای انرژی خورشیدی به حساب می‌آیند که نرخ‌های تعرق در برگ گیاهان را کنترل می‌کنند. نکته جالب در پس این یافته‌های ارزشمند که شرح گزارش آن در شماره تابستان نشریه اقدامات آکادمی ملی علوم آمریکا آمده است از این واقعیت خبر می‌دهد که مشاهدات جدید در مغایرت با مفاهیم رایج فعلی درخصوص نحوه رفتار روزنه‌های برگی درباره حس و کنترل فرآیند تعرق است.

این کشف با ارزش در مورد رفتار روزنه‌های برگی گیاهان نسبت به عوامل محیطی در حالی مطرح می‌شود که از دیرباز تصور دانشمندان و بضاعت دانش گیاه‌شناسی بر این مهم استوار بوده است که فرآیند فتوسنتز در اصل به میزان نور موجود در محیط برمی‌گردد. اما اکنون و با نتایج به دست آمده باید اعتراف کرد که فرآیند فتوسنتز و مکانیسم‌های مرتبط با آن قدری پیچیده‌تر، ماهرانه تر و نافذتر از روندی است که تاکنون تصور و تعریف می‌شده است. محققان مطرح می‌کنند سلول‌های محافظی که در نقش اپراتوری و راه اندازی روزنه‌های دهانی برگ گیاهان انجام وظیفه می‌کنند باید اطلاعات مورد نیاز عملیاتی خود را از برگ گیاه کسب کنند.

درواقع آنچه اکنون و به دنبال آشکار شدن کشف جدید محققان مطرح می‌شود این واقعیت مهم است که روزنه‌های دهانی برگ گیاهان از قرار معلوم کار حیاتی و خطیر گرفتن و پاسخ‌دهی به سیگنال‌های دریافتی را نه تنها در مورد نور خورشید، بلکه در مورد دی اکسید کربن و دیگر تغییرات مهم موجود در برگ‌ها نیز انجام می‌دهند.

محققان معتقدند اهمیت این موضوع تا همین حدی که فعلا درک شده حاوی یک پیام نوید بخش برای ما و نقطه شروعی برای ساخت و ارائه مدل‌های جدید است. چنین مدلی را می‌توان با هدف نمایش بهتر و کارآمدتر واقعیت با مدل‌های آب و هوایی آمیخته و یکپارچه‌سازی کرد؛ البته ماحصل کار نسخه کاملی به حساب نمی‌آید، چون شاخص‌های دیگری از جمله تنش خشکی و غلظت‌های دی اکسید کربن نیز وجود دارند که قرار است به کلیت کار وارد شوند. اما با این اوصاف محققان نسبت به این موضوع که رفتار روزنه‌های برگی تا چه حد فراگیر و جهانی است بسیار خوشبین و مطمئن هستند.

به هر حال نباید فراموش کنیم که ساختارهای ظریفی در طبیعت همچون روزنه‌های برگی قدمتی ۳۰۰ میلیون ساله در عالم دارند و جالب توجه‌تر این که فسیل روزنه برگی شباهت بسیار زیادی با روزنه‌های برگی فعلی جهان دارد.با این کشف ارزشمند که از جانب متخصصان دانش هواشناسی زیستی با عناوین تحسین آمیزی همچون کار ناب و تحقیق کاملا ژرف روبه‌رو شده است و صد البته با شناخت ژرف‌تر نسبت به ساز و کار و رفتار این ریز ساختارهای طبیعت، می‌توان از هم‌اکنون چشم‌انداز گسترده و امید بخشی از پیشرفت حوزه‌های مختلف دانش را در سایه کمک ارزنده‌ای که طبیعت در اختیار بشر قرار داده است به نظاره نشست.

مهریار میرنیا / جام جم

منابع: Discovery‌/ Nature