تینا مزدکی_پژوهش‌های مربوط به بزرگ‌ترین انقراض جمعی تاریخ زمین نشان می‌دهند که برخی گیاهان با تکیه بر سازگاری‌های ژنتیکی و زیستی می‌توانند تغییرات شدید محیطی را پشت سر بگذارند. از ذخیره بذر در خاک و رشد مجدد پس از آتش‌سوزی گرفته تا تغییر شیوه فتوسنتز و تکامل سریع، این سازوکارها ممکن است به بقای بخشی از گونه‌های گیاهی در برابر گرمایش زمین کمک کنند. با این حال، سرنوشت گیاهان به تنوع ژنتیکی، شرایط محیطی و میزان ارتباط جمعیت‌های گیاهی با یکدیگر نیز بستگی دارد.
- حدود ۲۵۱ میلیون سال پیش، انقراض پرمین-تریاس بیش از ۹۰ درصد گونه‌های دریایی و حدود ۷۰ درصد گونه‌های خشکی‌زی را از بین برد.
- برخی گیاهان با قابلیت رشد مجدد، حتی پس از آتش‌سوزی یا خشکسالی، می‌توانند به حیات خود ادامه دهند.
- بانک بذر موجود در خاک، امکان زنده ماندن گیاهان در دوره‌های نامساعد و جوانه‌زنی دوباره در شرایط بهتر را فراهم می‌کند.
- بررسی ۵۵ جمعیت از گیاه میمون گل قرمز نشان داد که برخی جمعیت‌ها از طریق تکامل سریع با خشکسالی سازگار شده‌اند.
- فتوسنتز CAM به بعضی گیاهان کمک می‌کند با کاهش اتلاف آب در گرمای روز، شرایط سخت محیطی را تحمل کنند.
- حفظ جمعیت‌های بزرگ و به‌هم‌پیوسته گیاهی می‌تواند تنوع ژنتیکی و ظرفیت سازگاری آن‌ها با تغییرات اقلیمی را افزایش دهد.
انقراض بزرگ چه درسی برای بقای گیاهان دارد؟
حدود ۲۵۱ میلیون سال پیش، فوران‌های آتشفشانی گسترده در منطقه تله‌های سیبری، مقادیر عظیمی دی‌اکسید کربن وارد جو زمین کردند. این فرایند که حدود یک میلیون سال ادامه داشت، به افزایش شدید دمای مناطق استوایی، اسیدی شدن اقیانوس‌ها و کاهش اکسیژن آب‌ها انجامید.
این رویداد که با نام انقراض جمعی پرمین‌تریاس یا «مرگ بزرگ» شناخته می‌شود، شدیدترین انقراض جمعی تاریخ زمین به شمار می‌رود. با وجود نابودی بخش بزرگی از حیات، برخی گیاهان در مناطقی از جمله بخش‌هایی از چین امروزی توانستند زنده بمانند و زیستگاه‌هایی برای ادامه حیات جانوران فراهم کنند.
پژوهشگران معتقدند گیاهان به دلیل ناتوانی در جابه‌جایی سریع، طی میلیون‌ها سال سازوکارهایی برای تحمل شرایط نامساعد در همان محیط زندگی خود تکامل داده‌اند. این ویژگی‌ها ممکن است در مواجهه با تغییرات اقلیمی کنونی نیز اهمیت پیدا کنند.
رشد مجدد؛ راهکار گیاهان برای سازگاری با محیط
بسیاری از گیاهان در مقایسه با جانوران انعطاف‌پذیری بیشتری در رشد و شکل‌گیری اندام‌های خود دارند. آن‌ها می‌توانند شاخه‌های ازدست‌رفته را دوباره رشد دهند و ساختارهای تازه‌ای ایجاد کنند که با شرایط محیطی جدید سازگارتر باشند.
ایمی انگرت، گیاه‌شناس دانشگاه بریتیش کلمبیا، توضیح می‌دهد که بسیاری از گیاهان رشد نامحدود و ساختاری ماژولار دارند. به این معنا که رشد آن‌ها در طول عمر ادامه پیدا می‌کند و از دست رفتن یک بخش لزوماً به معنای از بین رفتن دائمی آن نیست.
برای مثال، پژوهش‌ها نشان داده‌اند شاخه‌های تازه‌روییده بلوط همیشه‌سبز در برخی شرایط می‌توانند خشکسالی را بهتر از شاخه‌هایی تحمل کنند که دوباره رشد نکرده‌اند. برخی گیاهان نیز پس از آتش‌سوزی از جوانه‌های محافظت‌شده خود دوباره رشد می‌کنند. در منطقه فلوریستیک کیپ در آفریقای جنوبی، بسیاری از گونه‌های گیاهی به آتش وابسته‌اند و بذرهای آن‌ها برای جوانه‌زنی به شرایط ناشی از آتش‌سوزی نیاز دارند.
بعضی گونه‌ها مانند اکالیپتوس برفی، لایه ضخیمی از پوست درخت برای محافظت از جوانه‌ها دارند. گیاهان دیگری مانند گزنه، جوانه‌های خود را در زیر خاک نگه می‌دارند تا از گرما، سرما و آتش در امان بمانند.
ذخیره‌ای برای روزهای سخت
یکی دیگر از راهبردهای بقای گیاهان، نگهداری بذر در خاک است. بذرها می‌توانند برای مدت طولانی در وضعیت خواب باقی بمانند و هنگامی که شرایط محیطی مناسب شود، جوانه بزنند. دانیل آنستت، بوم‌شناس تکاملی دانشگاه کرنل، «بانک بذر» را نوعی ذخیره اطلاعات ژنتیکی توصیف می‌کند که به گیاهان اجازه می‌دهد در دوره‌های نامساعد از بین نروند و در آینده دوباره رشد کنند.
مطالعه‌ای که در سال ۲۰۲۱ در مجله Nature Communications منتشر شد نیز اهمیت بانک‌های بذر را در افزایش تاب‌آوری گونه‌های گیاهی بررسی کرده بود. این ذخایر می‌توانند امکان بازگشت گیاهان به چرخه رشد و تولیدمثل را پس از بهبود شرایط فراهم کنند.
به این ترتیب، حتی اگر بخش بزرگی از پوشش گیاهی در یک منطقه از بین برود، بذرهای باقی‌مانده در خاک ممکن است زمینه بازسازی آن را فراهم کنند. البته این امکان به دوام بذرها و بازگشت شرایط مناسب برای جوانه‌زنی بستگی دارد.
تکامل سریع چگونه گیاهان را از خشکسالی نجات می‌دهد؟
تنوع ژنتیکی یکی از عوامل اصلی سازگاری گونه‌ها با محیط‌های متغیر است. هرچه یک جمعیت تنوع ژنتیکی بیشتری داشته باشد، احتمال وجود ویژگی‌هایی که به تحمل شرایط جدید کمک می‌کنند، بیشتر خواهد بود.
در پژوهشی که امسال در مجله Science منتشر شد، محققان تغییرات جمعیت‌های گیاه میمون گل قرمز را در آمریکا و مکزیک طی خشکسالی‌های طولانی سال‌های ۲۰۱۰ تا ۲۰۱۸ بررسی کردند. پژوهشگران با تعیین توالی ژنوم ۵۵ جمعیت از این گیاه، بخش‌هایی از ژنوم مرتبط با تحمل تنش و خشکسالی را شناسایی کردند. نتایج نشان داد برخی جمعیت‌ها در مدت نسبتاً کوتاهی تکامل یافتند و با شرایط جدید سازگار شدند.
این گیاهان از راهبردهای متفاوتی استفاده می‌کردند. برخی به‌سرعت رشد می‌کردند، گل می‌دادند و پیش از آغاز خشکسالی پاییزی بذر تولید می‌کردند. برخی دیگر رشد آهسته‌تری داشتند و انرژی خود را برای تحمل شرایط سخت حفظ می‌کردند.
محققان همچنین دریافتند که تنوع ژنتیکی جمعیت‌ها می‌تواند به پیش‌بینی توانایی آن‌ها برای بقا در برابر خشکسالی کمک کند. با این حال، مشخص نیست که این نتیجه تا چه اندازه برای تمام گونه‌های گیاهی قابل تعمیم باشد.
فتوسنتز انعطاف‌پذیر؛ سازگاری با گرما و کم‌آبی
فتوسنتز فرایندی است که گیاهان از طریق آن با استفاده از نور، دی‌اکسید کربن و آب، قند تولید می‌کنند. گیاهان برای تنظیم ورود دی‌اکسید کربن از روزنه‌های کوچکی روی سطح برگ استفاده می‌کنند که باز و بسته شدن آن‌ها بر میزان تبادل گازها و اتلاف آب تأثیر می‌گذارد.
برخی گیاهان از شیوه‌ای به نام فتوسنتز CAM استفاده می‌کنند. در این روش، روزنه‌ها عمدتاً در طول شب باز می‌شوند و گیاه دی‌اکسید کربن را جذب و به شکل ترکیبات اسیدی ذخیره می‌کند. سپس در طول روز، از این ترکیبات برای تولید قند استفاده می‌شود.
این سازوکار به کاهش اتلاف آب در ساعات گرم روز کمک می‌کند و در گیاهان بیابانی مانند کاکتوس‌ها و بسیاری از گیاهان گوشتی دیده می‌شود. ژن شو، دیرین‌گیاه‌شناس دانشگاه لیدز، و همکارانش در پژوهشی که امسال در مجله Nature Ecology & Evolution منتشر شد، شواهدی ارائه کردند که نشان می‌دهد گیاهان دارای فتوسنتز CAM در جریان انقراض پرمین-تریاس از مزیت برخوردار بوده‌اند.
بررسی آن‌ها نشان داد برخی گیاهان لیکوفیت، گروهی از گیاهان آوندی باستانی، در حوالی این رویداد به استفاده از این شیوه فتوسنتز روی آوردند. پژوهشگران احتمال می‌دهند این سازوکار در بقای آن‌ها و گسترش بعدی‌شان نقش داشته باشد.
دو برابر شدن ژنوم؛ فرصتی برای سازگاری بیشتر
برخی گیاهان در طول تاریخ تکامل، راهبردهای ژنتیکی گسترده‌تری برای مقابله با تغییرات محیطی به کار گرفته‌اند. یکی از این راهبردها، دو برابر شدن کل ژنوم است؛ فرایندی که می‌تواند نسخه‌های اضافی از اطلاعات ژنتیکی را در اختیار گیاه قرار دهد.
بر اساس پژوهشی که امسال در مجله Cell منتشر شد، در ۹ رویداد جداگانه طی ۱۵۰ میلیون سال گذشته، بسیاری از گیاهان گل‌دار کل ژنوم خود را دو برابر کرده‌اند. نسخه‌های اضافی ژن‌ها می‌توانند فرصت بیشتری برای تغییرات تکاملی و شکل‌گیری ویژگی‌های سازگار با محیط ایجاد کنند. پژوهشگران همچنین دریافتند که دوره‌های دو برابر شدن ژنوم در مقاطع مختلف زمین‌شناسی رخ داده‌اند و با رویدادهایی مانند گرم‌شدن یا سردشدن جهانی و انقراض‌های جمعی هم‌زمان بوده‌اند.
با این حال، دو برابر شدن ژنوم به‌تنهایی بقای یک گونه را تضمین نمی‌کند. نتیجه نهایی به نحوه عملکرد تغییرات ژنتیکی و شرایطی بستگی دارد که گیاه با آن مواجه می‌شود.
بقا فقط به سازگاری وابسته نیست
با وجود این سازوکارها، دانشمندان تأکید می‌کنند که برخورداری از ویژگی‌های سازگارانه به‌تنهایی برای تضمین بقای گیاهان کافی نیست. اینکه کدام ویژگی به کمک یک گونه می‌آید، به نوع و شدت تغییرات محیطی بستگی دارد.
در انقراض پرمین-تریاس، برخی گیاهان در پناهگاه‌های طبیعی و مناطقی با شرایط مناسب‌تر باقی ماندند و توانستند از تنوع ژنتیکی خود برای ادامه حیات استفاده کنند. موقعیت جغرافیایی و زمان وقوع تغییرات نیز در این بقا مؤثر بود.
این مسئله در شرایط کنونی تغییر اقلیم هم اهمیت دارد. ایمی انگرت معتقد است که می‌توان با حفظ جمعیت‌های بزرگ‌تر و اتصال زیستگاه‌های جداافتاده، امکان تبادل ژنتیکی میان جمعیت‌های گیاهی را افزایش داد.
دانیل آنستت نیز هشدار می‌دهد که جدا افتادن جمعیت‌ها می‌تواند به کاهش تنوع ژنتیکی و از دست رفتن بخشی از ظرفیت سازگاری آن‌ها منجر شود. در مجموع، گیاهان مجموعه‌ای از ابزارهای زیستی و تکاملی برای مقابله با تغییرات محیطی در اختیار دارند، اما موفقیت آن‌ها در برابر گرمایش زمین به حفظ تنوع ژنتیکی، پیوستگی زیستگاه‌ها و شدت تغییرات اقلیمی بستگی خواهد داشت.
منبع: livescience
۵۸۳۲۳
