کاج‌ها چطور در زمستان سبز می‌مانند؟

چگونه درختان برگ سوزنی که به طور مثال به عنوان درخت کریسمس استفاده می‌شوند برگ‌های خود را در طول زمستان سبز نگه می‌دارند آن هم زمانی که درختان دیگر برگ‌هایشان را از دست داده‌اند.

به گزارش ایسنا و به نقل از ساینس‌دیلی، علم پاسخ مناسبی برای این سوال پیدا نکرده است اما اکنون یک گروه بین‌المللی از دانشمندان که شامل محققان دانشگاه اومئو(Umeå) نیز می شود کشف کردند که یک میانبر در فرآیند فتوسنتز باعث سبز ماندن برگ‌های سوزنی کاج می‌شود. این مقاله در مجله نیچر کامیونیکیشن(Nature Comunication) منتشر شده است.

در زمستان، انرژی نور خورشید توسط مولکولهای کلروفیل سبز جذب می‌شود اما نمیتوان آن را در واکنش‌های پایین دستی در فرآیند فتوسنتز به کار برد زیرا هوای بسیار سرد اکثر واکنش‌های بیوشیمیایی را متوقف می‌کند.

این مسئله به ویژه در اوایل بهار هنگامی که دمای هوا همچنان می‌تواند بسیار پایین باشد، وجود دارد، اما نور خورشید از قبل شدیدتر است و انرژی اضافی نور می‌تواند به پروتئین‌های دستگاه فتوسنتز آسیب برساند. محققان نشان دادند که دستگاه فتوسنتز به روشی خاص درون برگ‌ها قرار می‌گیرد که باعث می‌شود برگ‌های سوزنی کاج در تمام طول سال سبز بمانند.

در شرایط عادی دو فتوسیستم(دستگاه نوری) که وظیفه جذب انرژی نور و تبدیل آن به انرژی شیمیایی را دارند، با فاصله از یکدیگر قرار می گیرند تا از خلاصه شدن روند فتوسنتز جلوگیری شود و فتوسنتز به طور کارآمد انجام گیرد.

در زمستان ساختار غشای این ریزکیسه‌ها( thylakoid) جایی که دو فتوسیستم در آن قرار دارند سازماندهی مجدد می‌شود طوری که این فتوسیستم‌ها در تماس فیزیکی با یکدیگر قرار بگیرند. طبق گفته‌ی محققان، فتوسیستم شماره ۲ انرژی را مستقیما به فتوسیستم ۱ می‌فرستد و این عمل از کلروفیل سبز محافظت می‌کند که در نتیجه باعث سبز ماندن برگ‌های درخت کاج در شرایط سخت می‌شود.

پوشان بگ(Pushan Bag)، دانشجوی دکترای دانشگاه اومئو، که نمونه‌هایی در طول سال جمع آوری کرده و بسیاری از تجزیه و تحلیل‌ها را انجام داده است می‌گوید: ما رشد چندین درخت کاج را در شمال سوئد در شهر اومئو بررسی کردیم. این نکته بسیار مهم بود که ما برگ‌های سوزنی این درختان را در محیطی خارج از آزمایشگاه بررسی کنیم تا از سازگاری آن‌ها با دمای مناسب آزمایشگاه جلوگیری شود. ما از میکروسکوپ الکترونی برای تجسم ساختار غشای ریزکیسه‌ها(thylakoid) استفاده کردیم.

همه‌ی گیاهان دریچه‌های ایمنی دارند تا با انرژی زیاد نور که به صورت گرما یا نور فلورسانس منتشر می‌شود مقابله کنند. اما فقط مخروطیان دارای چنین دریچه‌های قدرتمندی هستند که می توانند در زمستان‌های بسیار سرد سیستم فتوسنتز خود را سالم نگه دارند. گروه تحقیقاتی بررسی‌های بیوشیمی و فلورسانس فوق سریع را انجام دادند، روشی بسیار پیچیده که می‌تواند نور فلورسانس کلروفیل را در مقیاس زمانی یک تریلیونیم ثانیه تجزیه کند و اینگونه توانستند کشف کنند چگونه برگ‌های سوزنی کاج با انرژی زیاد نور مقابله می‌کنند تا از سیستم فتوسنتز حساس خود محافظت کنند.

ولها چوخوتسینا(Volha Chukhutsina) از دانشگاه(Vrije) آمستردام که بسیاری از تجزیه و تحلیل‌های فلورسانس فوق سریع را انجام داده است می‌گوید: ما نیاز به تنظیم تجهیزات برای مطالعه سوزن‌های کاج در دمای سرد داشتیم تا مکانیسم منحصر به فرد آن را بیابیم. ما برگ‌های سوزنی درخت صنوبر را نیز امتحان کردیم اما به سختی می‌توان آنها را با تجهیزات موجود تطبیق داد.

ایفرد هولزوارث(lfred Holzwarth) که اندازه گیری فلورسانس را انجام داده است می گوید: بررسی این برگ‌های سوزنی به ما این امکان را داده تا این مکانیسم خاص را بررسی کنیم. این درختان واقعا سازگاری فوق‌العاده‌ای نشان داده اند.

این مطالعه با درختان کاج انجام شده است، اما محققان بر این باورند که این مکانیسم احتمالاً برای سایر گونه‌های مخروطیان مانند صنوبرهای مخصوص برای کریسمس و سایر صنوبرها مشابه است زیرا دستگاه فتوسنتزی آنها مشابه است.

پروفسور استیون جانسون(Stefan Jansson) از دانشگاه اومئو می‌گوید: این سازگاری منحصر به فرد نه تنها هنگام کریسمس باعث خوشحالی ما می‌شود بلکه موضوعی مهم برای بشریت است. اگر این درختان توانایی دوام آوردن در شرایط سخت آب و هوایی را نداشتند بسیاری از مناطق نیمکره‌ی شمالی خالی از سکنه می‌ماند زیرا این درختان چوب لازم برای درست کردن آتش، ساختن خانه و دیگر نیازهای ما را فراهم می کنند و امروزه هنوز آنها پایه‌های اقتصاد در مناطق تایگا(جنگل برفی) هستند.