رمزگشایی از یک معمای ۱۰۰ساله

دانشمندان از سال‌ها پیش در تلاش بودند تا دریابند چگونه گیاهان اولیه زمین توانسته‌اند خود را با زیستگاه‌های جدید وفق دهند و به فراتر از محیط‌های مرطوب و باتلاقی اصلی خود بروند. این گیاهان کوچک بودند و معمولا بیش از چند سانتی متر ارتفاع نداشتند و در نزدیکی نهرها و برکه ها یافت می شدند.

با این حال، این گیاهان حدود ۴۰۰ میلیون سال پیش سیستم‌های آوندی را توسعه دادند که به آنها اجازه می داد آب را به طور موثرتری از خاک استخراج و از آن برای فتوسنتز استفاده کنند؛ تغییری که تاثیر قابل توجهی بر جو و اکوسیستم‌های زمین داشت. اکنون تیمی از محققان با کشف این که چگونه این گیاهان باستانی توانسته اند در زیستگاه های جدید با دسترسی محدود به آب رشد کنند، یک معمای ۱۰۰ ساله را در دیرین‌شناسی حل کرده اند.

مطالعه‌ای که توسط تیمی از محققان دانشگاه «ییل» در نشریه «ساینس» منتشر شده است نشان می‌دهد که یک تغییر کوچک در سیستم آوندی گیاهان آنها را در برابر خشکسالی مقاوم‌تر کرده و به آنها اجازه داد تا در محیط‌های جدید و خشک‌تر رشد کنند. این تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور «کریگ برودرسن» استاد دانشکده محیط زیست دانشگاه ییل کار کرده و نتایج این تحقیق راه‌های جدیدی را برای اکتشاف در این زمینه باز کرده است.

انگیزه محرک این مطالعه تحقیقی ، مباحثات یک قرن اخیر در این خصوص بوده است که چرا سیستم آوندی ساده و استوانه‌ای گیاهان اولیه زمینی به سرعت به شکل‌های پیچیده‌تری تغییر یافت. در دهه ۱۹۲۰میلادی دانشمندان این پیچیدگی فزاینده در سوابق فسیلی را مورد توجه قرار دادند اما نتوانستند علت این تغییرات تکاملی را مشخص کنند.

در طول دهه گذشته، برودرسن و همکاران او پیامدهای چگونگی ساخت سیستم‌های آوندی گیاهان امروزی بخصوص در شرایط خشکسالی را بررسی کردند. هنگامی که گیاهان شروع به خشک شدن می کنند، حباب های هوا در آوند چوبی (xylem) - بافت تخصصی برای انتقال آب و مواد مغذی از خاک به ساقه ها و برگ ها – گیر می‌کنند. حباب ها حرکت آب را مسدود می کنند و در صورت عدم کنترل، آنها در سراسر شبکه پخش می شوند و ارتباط گیاهان با خاک را قطع می‌کنند و در نهایت به مرگ گیاه منجر می شوند. امروزه جلوگیری از تشکیل و گسترش این حباب‌ها برای تحمل خشکسالی اهمیت حیاتی دارد. این تیم تحقیقاتی همین تفکر را برای توضیح الگوهای سازمان‌دهی آوندی در سوابق فسیلی به کار برد.

سیستم‌های آوندی استوانه‌ای شکل در گیاهان اولیه زمین شبیه به دسته‌ای از نی (straws) بودند و در ابتدا در زیستگاه‌های آبی اولیه‌شان به خوبی به آن‌ها خدمت کرده بودند. اما هنگامی که آنها به زمینی با منابع آبی کمتر حرکت کردند مجبور شدند بر حباب های هوای ناشی از خشکسالی غلبه کنند. گیاهان اولیه زمینی این کار را با تغییر شکل آوند چوبی اجدادی و استوانه‌ای شکل به شکل‌های پیچیده‌تر انجام دادند که از پخش شدن حباب‌های هوا جلوگیری می‌کرد.

از نظر تاریخی، مشاهده افزایش پیچیدگی آوندی در سوابق فسیلی، امری تصادفی و کم اهمیت و به عنوان محصول جانبی رشد اندازه گیاهان و ایجاد ساختارهای پیچیده تر آنها در نظر گرفته شده است. اما مطالعه جدید این دیدگاه را نقض می کند.

«مارتین بودا» از محققان این مطالعه گفت: «این اتفاق در واقع یک علت تکاملی برای آن وجود دارد. فشار شدید به علت خشکسالی باعث شد این اتفاق روی دهد. این معمای ۱۰۰ ساله ای بود که اکنون به آن پاسخ داده ایم.»