مقارنة بين تحفيز مصيدة فينوس و DYSC متحولة. الائتمان: إينيس كروزر ، راينر هيدريش ، سوينك شيرزر
في عام 2011 ، صادف عالم البستنة ماثياس ماير طفرة غير عادية من نوع فينوس صائدة الذباب، وهو نبات لاحم يحبس ويتغذى على الحشرات. اكتشف العلماء مؤخرًا أن مصيدة ذباب فينوس النموذجية يمكن أن “تعد” فعليًا حتى خمسة ، مما دفع إلى إجراء بحث جديد حول كيفية إدارة النبات لهذا العمل الرائع. مصيدة الذباب الطافرة قد تحمل المفتاح. وفقا ل ورقة جديدة نُشر في مجلة Current Biology ، هذا المصيدة المتحولة لا تغلق استجابةً لتحفيز مثل Venus flytraps النموذجية.
“من الواضح أن هذا المسخ نسي كيفية العد ، ولهذا السبب أطلقت عليه اسم Dyscalculia (DYSC)” ، قال المؤلف المشارك راينر هيدريش، عالم الفيزياء الحيوية في Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) في بافاريا ، ألمانيا. (كان هذا يسمى سابقًا “خطأ”.)
مثل أبلغنا في السابق ، كانت مصيدة الذباب فينوس تجذب فريستها برائحة الفواكه اللطيفة. عندما تهبط الحشرة على ورقة ، فإنها تحفز الشعر الزناد الحساس للغاية الذي يبطن الورقة. عندما يصبح الضغط قويًا بدرجة كافية لثني هذه الشعيرات ، فإن النبات سيغلق أوراقه ويحبس الحشرة بداخله. تلتقط الأهداب الطويلة الحشرة وتثبتها في مكانها ، مثل الأصابع ، حيث يبدأ النبات في إفراز العصارات الهضمية. يتم هضم الحشرة ببطء لمدة تتراوح من خمسة إلى 12 يومًا ، وبعد ذلك يتم إعادة فتح المصيدة ، وإطلاق قشر الحشرة المجفف في الريح.
في عام 2016قاد Hedrich فريق العلماء الألمان الذين استكشف هذا يمكن أن “تحسب” مصيدة ذباب الزهرة فعليًا عدد المرات التي يلامس فيها شيء ما أوراقها المبطنة بالشعر – وهي قدرة تساعد النبات على التمييز بين وجود الفريسة وجوزة صغيرة أو حجر ، أو حتى حشرة ميتة. قام العلماء بضرب أوراق نباتات الاختبار بنبضات ميكانيكية كهربائية متفاوتة الشدة وقاموا بقياس الاستجابات. اتضح أن النبات يستشعر “جهد الفعل” الأول ولكنه لا يغلق على الفور ، في انتظار انطلق ثانية لتأكيد وجود الفريسة الفعلية ، وعند هذه النقطة يتم إغلاق المصيدة.
لكن مصيدة الذباب فينوس لا تغلق تمامًا وتنتج إنزيمات هضمية لتلتهم الفريسة حتى يتم تحفيز الشعر ثلاث مرات أخرى (ليصبح المجموع خمس محفزات). شبّه العلماء الألمان هذا السلوك بتحليل أولي للتكلفة والعائد ، حيث تساعد المحفزات المحفزة مصيدة الذباب على تحديد الحجم والمحتوى الغذائي لأي فريسة محتملة تتعثر في فمها وما إذا كان الأمر يستحق ذلك أم لا. خلاف ذلك ، ستطلق المصيدة كل ما تم القبض عليه في غضون 12 ساعة تقريبًا.
في عام 2020 ، علماء يابانيون معدل جينيا مصيدة ذباب فينوس بحيث تتحول إلى اللون الأخضر استجابةً لتحفيز خارجي ، مما يعطي أدلة مهمة حول كيفية عمل “ذاكرة” النبات قصيرة المدى. لقد أدخلوا جينًا لبروتين مستشعر الكالسيوم يسمى GCaMP6 ، والذي يتحول إلى اللون الأخضر كلما ارتبط بالكالسيوم. سمح هذا الفلور الأخضر للفريق بتتبع التغيرات في تركيزات الكالسيوم بصريًا استجابةً لتحفيز الشعر الحساس للنبات باستخدام إبرة.
إيناس كروزر / جامعة فورتسبورغ
دعمت النتائج الفرضية القائلة بأن الحافز الأول يؤدي إلى إطلاق الكالسيوم ، لكن التركيز لا يصل إلى العتبة الحرجة التي تشير إلى إغلاق المصيدة دون التدفق الثاني للكالسيوم من المنبه الثاني. يجب أن يحدث هذا التحفيز الثاني في غضون 30 ثانية ، لأن تركيزات الكالسيوم تنخفض بمرور الوقت. إذا استغرق الأمر أكثر من 30 ثانية بين المنبهين الأول والثاني ، فلن يتم إغلاق المصيدة. لذا يبدو أن نمو وتراجع تركيزات الكالسيوم في الخلايا الورقية يعمل كذاكرة قصيرة المدى لـ Venus flytrap ، على الرغم من أن الطريقة الدقيقة التي تعمل بها تركيزات الكالسيوم مع الشبكة الكهربائية للنبات لا تزال غير واضحة.
لا يبدو أن هذا هو الحال مع DYSC ، على الرغم من أنه “لا يمكن تمييزه بشكل أساسي” عن Venus flytraps في الطبيعة. لا يتم إغلاق DYSC استجابةً لمحفزين حسيين ولا يعالج فريسته استجابةً لمحفزات إضافية. بالطبع هيدريش وآخرون. اريد ان اعرف لماذا. قاموا بشراء فينوس صائدة الذباب البرية و DYSC flytraps المتحولة وأجروا تجارب موازية: تحفيز النباتات ميكانيكيًا وقياس إمكانات العمل ، ورش النباتات بهرمون الاتصال المسمى حمض الياسمينوهو أمر حاسم لمعالجة الفرائس.
وجد هيدريش وفريقه أن الطفرة يبدو أنها لا تؤثر على جهد الفعل ولا على إشارة الكالسيوم الأساسية في الخطوة الأولى المكونة من خطوتين من العملية. تعمل إمكانات العمل على إطلاق النار ، لكن المصيدة لا تغلق ، مما يشير إلى أن التنشيط اللمسي لإشارات الكالسيوم قد تم قمعه. بالإضافة إلى ذلك ، اشتبه العلماء في وجود خلل يؤثر في فك إشارة الكالسيوم. لم تحل إدارة حمض الجاسمونيك مشكلة فشل الإغلاق السريع للمصيدة ، لكنها أعادت القدرة على معالجة الفريسة.
ثم بحث المؤلف المشارك إينيس كروزر في أنماط التعبير الجيني في الجينات الطافرة لتحديد أي تغييرات قد تكون مسؤولة. كانت قادرة على تضييق نطاق المشتبه بهم المحتملين إلى عدد قليل من مكونات فك التشفير ، والتي ترتبط بالكالسيوم وبالتالي تعدل بعض البروتينات المستجيبة ، بما في ذلك إنزيم يسمى LOX3 ، والذي يلعب دورًا حيويًا في التخليق الحيوي لحمض الياسمين. الخطوة التالية هي إلقاء نظرة فاحصة على البروتينات المعدلة وتغيير نشاطها عندما تتلامس الفريسة مع DYSC. “بهذه الطريقة ، نريد إغلاق الدائرة ومعرفة ما يفعله المصنع لتمييز الأرقام عن بعضها البعض ، أي كيف يتم حسابها” ، قال هيدريش.
DOI: علم الأحياء الحالي ، 2023. 10.1016 / j.cub.2022.12.058 (حول DOIs).
الصورة الإعلانية من Naturfoto Honal | جيتي