شارح الدرس: الانتحاء في النبات الأحياء • الصف الثاني الثانوي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نُعرِّف «الانتحاء»، ونَصِف أمثلة للانتحاءات الشائعة في النباتات.

هل سبق لك أن رأيتَ زهرة عبَّاد الشمس تتبع حركة الشمس في السماء؟ هذا مجرد مثال للحركات المُذهِلة التي تُبديها النباتات استجابة للبيئة من حولها. قد يَعتقِد الكثير من الأشخاص أن النباتات ثابتة؛ أيْ كائنات غير متحرِّكة، لكنها يُمكن أن تَستجيب في الواقع لمجموعة كبيرة من المُثيرات. والمُثير (وجمعه المُثيرات) أيُّ تغيُّر يُمكن رصدُه في بيئة الكائن الداخلية أو الخارجية يتسبَّب في حدوث تأثير على هذا الكائن.

تتحرَّك النباتات استجابةً لكلٍّ من الماء والضوء ودرجة الحرارة والجاذبية. حتى إن بعض النباتات تَستجيب عند لَمْسِها، مثل ساق نبات العنب الموضَّحة في الشكل 1.

حركة النباتات أبطأ من حركتنا؛ لأن تحرُّكها يتطلَّب نموَّها، بينما تعتمد تحرُّكاتنا على انقباض العضلات. ويُشار إلى الاستجابة الحركية للنباتات بالنمو في اتجاه المُثيرات أو بعيدًا عنها بالانتحاء. تُوجَد أنواع مختلفة من الانتحاءات التي سندرسها في هذا الشارح. يُسمَّى المثال الموضَّح في الشكل 1 بالانتحاء اللَّمْسي، ويَحدُث عندما ينمو نبات استجابةً لمُثير لَمْسي، مثل لَمْس عمود.

الانتحاءات الرئيسية التي سنتناولها في هذا الشارح هي: الانتحاء الضوئي، والانتحاء المائي، والانتحاء الأرضي، الذي يُعرَف أيضًا بالانتحاء الجذبي. هذه الانتحاءات استجابات النباتات في اتجاه الضوء والماء والجاذبية على الترتيب.

لنلقِ نظرةً أولًا على الانتحاء الضوئي. الانتحاء الضوئي هو استجابة النبات بالنمو في اتجاه الضوء أو بعيدًا عنه. ربما تكون قد سمعتَ كلمة «ضوئي» في عدَّة مصطلحات تتعلَّق بالنباتات من قبلُ، مثل البناء الضوئي. يُشير مصطلح «البناء الضوئي» إلى تكوين المواد باستخدام الضوء. هي العملية التي تحوِّل فيها النباتات الطاقة الضوئية، التي تَحصُل عليها عادةً من الشمس، إلى طاقة كيميائية داخل خلاياها. تكون هذه الطاقة الكيميائية على صورة الجلوكوز، وهو مصدر الغذاء الذاتي للنبات.

بعد ذلك، يُمكن للنباتات استخدام هذا الجلوكوز في عملية التنفُّس الخلوي؛ حيث يتكسَّر لإطلاق الطاقة. على الرغم من قدرة النبات على تخزين الطاقة في صورة نشا لفترات زمنية قصيرة، إلَّا أن البناء الضوئي هو الطريقة الوحيدة التي يُمكن من خلالها الحصول على الغذاء بالنسبة إلى معظم النباتات. لذلك من الضروري أن تتعرَّض النباتات للضوء لكي تبقى حيةً ويستمرَّ نموُّها. لهذا السبب، غالبًا ما نلاحِظ أن سيقان النباتات وأوراقها وزهورها تنمو في اتجاه الضوء، كما نلاحِظ في الشكل 2. تُسمَّى هذه العملية «الانتحاء الضوئي»، وهو ما يعني أن خلايا البناء الضوئي في النبات يُمكنها أن تحصل على المزيد من الضوء لامتصاصه وزيادة معدَّل البناء الضوئي.

من المُثير للاهتمام أن نلاحِظ أن النباتات يُمكنها أيضًا أن تتبع مسار الشمس أثناء تحرُّكها في السماء من الشرق إلى الغرب خلال اليوم. تُسمَّى هذه العملية «الانتحاء الشمسي». ويختلف الانتحاء الشمسي عن الانتحاء الضوئي، الذي تتحرَّك فيه النباتات لمواجهة مصدر ضوء ثابت، بينما في الانتحاء الشمسي، يتحرَّك النبات طوال اليوم.

من الأمثلة الواضِحة على الانتحاء الشمسي نباتات عبَّاد الشمس الصغيرة التي تُحرِّك ساقها وزهورها لتُواجِه الشمس على مدار اليوم. يؤدِّي ذلك إلى زيادة درجة حرارة الزهور وكمية الضوء التي تتعرَّض لها. ومن شأن هذه التغيُّرات أن تزيد من نمو النباتات الصغيرة، وأن تجعلها أكثر جاذبية للملقِّحات. في الواقع، يتَّضِح أن الملقِّحات المتجوِّلة تقضي وقتًا أطول في زيارة النباتات ذات الانتحاء الشمسي؛ حيث إنها أفضل في تتبُّع أشعة الشمس؛ ولأنها قد تتمكَّن من الاستمتاع في ضوء الشمس الدفيء أثناء تلقيح النباتات. نتيجة لذلك، تَميل النباتات الضعيفة الانتحاء الشمسي من النوع نفسه إلى إنتاج بذور أقلَّ.

لنلقِ نظرةً على آلية شائعة مقبولة علميًّا لكيفية حدوث الانتحاء الضوئي.

تُنتِج النباتات موادَّ تتحكَّم في نموِّها استجابةً للمُثيرات، التي عادةً ما يُطلَق عليها اسم منظِّمات النمو النباتية أو هرمونات النبات. ومن أمثلة هرمونات النبات هرمون الأوكسين. يَنتُج هرمون الأوكسين في الغلاف الورقي في مناطق نمو النباتات، وهو الغلاف المحيط بطرف الساق. تُشير بعض الأدلة أيضًا إلى أنه يُمكن إنتاج الأوكسينات من أطراف جذور النباتات. حيث يُمكن أن يحفِّز وجود الأوكسين استطالة الخلايا أو يثبِّطها، بناء على الموضع الذي يؤثِّر فيه في النبات ومقدار تركيزه.

يوضِّح الشكل 3 مخطَّطًا لساق نبات تنحني استجابة للضوء. يُمكنك ملاحَظة جزيئات الأوكسين التي يُنتِجها طرف الساق، وتَنتشِر إلى أسفل النبات من خلية إلى أخرى. يتجمَّع الأوكسين في جانب النبات الذي لا يتعرَّض لضوء الشمس المباشر، ويتسبَّب في نموِّ هذه الخلايا لتزداد طولًا عن الخلايا التي تَمتصُّ الضوء. يُسمَّى ذلك باستطالة الخلايا، ويعني أن جانب الظلِّ من النبات ينمو أكثر من الجانب الآخَر، وهو ما يؤدِّي إلى انحناء الساق في اتجاه الضوء. هذا الأمر مُثير للاهتمام خاصَّة عند ملاحَظة النباتات التي تُوضَع في الظلام؛ حيث يزداد نموُّها وطولها في محاولة للوصول إلى الضوء، الذي من المحتمل أن يقع في مكان أعلى «التربة» المظلِمة بالنسبة إلى النبات.

يُمكن أن تكون الانتحاءات سالبة أو موجبة؛ أيْ تنمو بعيدًا عن المُثير أو نحوه. لنلقِ نظرةً على مثال الانتحاء الضوئي لكي نفهم ذلك بشكلٍ أفضل. تنتحي ساق النبات انتحاءً ضوئيًّا موجبًا. هذا يعني أنها تنمو في اتجاه الضوء، كما لاحَظنا في الشكلين 2 و3. لكن بعض جذور النباتات، مثل الجذور الهوائية لنبات العنكبوت، أُثبِت أنها تنتحي انتحاءً ضوئيًّا سالبًا في ظروف معيَّنة. يُمكنك أن ترى جذور نبات العنكبوت وهي تنمو بعيدًا عن مصدر الضوء (أعلى النبات) في الصورة الموضَّحة في الشكل 4 الآتي.

قد يكون نموُّ الجذر في هذا الاتجاه الذي لُوحِظ في نباتات معيَّنة ناتجًا عن حقيقة أن معظم خلايا جذور النبات لا تحتوي على بلاستيدات خضراء، ولا تحتاج لامتصاص الضوء لإجراء عملية البناء الضوئي. لذا تنمو جذور النباتات أحيانًا إلى أسفل بعيدًا عن أيِّ مصدر للضوء. فكلما زاد عمق جذر النبات، زادت احتمالية وصول الجذر إلى احتياجاته من الماء والأيونات المعدنية. لكن من المُهِمِّ ملاحَظة أن الانتحاء الضوئي ليس العامل الوحيد الذي يؤثِّر على نمو جذور النباتات، ومع ذلك سنبحث هذه العوامل الأخرى لاحقًا في هذا الشارح.

من المُثير للاهتمام ملاحَظة أن هرمون الأوكسين يؤثِّر أيضًا بشكلٍ مختلف على الجذر، لكنه لا يزال يؤثِّر على اتجاه نمو الجذر غالبًا. لنلقِ نظرةً على مثال حول كيفية حدوث ذلك. في الشكل 5، يُمكننا أن نلاحِظ أن هرمون الأوكسين يتجمَّع أحيانًا في الخلايا أسفل جذر النبات، بعيدًا عن الضوء. في بعض جذور النباتات، يُمكن أن يُحفِّز انخفاض تركيز هرمون الأوكسين نمو الجذر بنسبة ضئيلة، لكن في حالة وجود تركيزات أكبر، يثبِّط هرمون الأوكسين استطالة الخلايا في الجذور. هذا المثال الأخير موضَّح في الشكل 5؛ حيث لا تَحدُث استطالة للخلايا الموجودة في الأسفل، التي تحتوي على تركيزات عالية من هرمون الأوكسين. لكن تَحدُث الاستطالة للخلايا الموجودة أعلى الجذر، ويتسبَّب هذا النمو غير المتماثل في انحناء الجذر إلى أسفل، وهو ما يوضِّح أنه منتحٍ انتحاءً ضوئيًّا سالبًا.

مثال ٢: وصْف الانتحاء الضوئي في سيقان النباتات

سيقان النباتات موجبة الانتحاء الضوئي؛ ماذا يعني هذا؟

1. أنها تنمو في اتجاه مُثير ضوئي.
2. أنها تنمو مُبتعِدة عن ضوء الشمس الساطع.
3. أنها تعكس أغلب الأطوال الموجية للضوء.
4. أنها تنمو في اتجاه النباتات الأخرى الزاهية الألوان.

الحل

تحتوي السيقان والأوراق على معظم خلايا البناء الضوئي في النبات. تَسمَح عملية البناء الضوئي للنبات بتصنيع غذائه، وهو أمرٌ ضروريٌّ لبقائه على قيد الحياة. وهي عملية تتطلَّب وجود الضوء؛ لذلك تنمو سيقان النبات في اتجاه منطقة يُوجَد فيها الكثير من الضوء لأداء عملية البناء الضوئي بكفاءة. لتحقيق ذلك، يُنتِج طرف ساق النبات هرمون الأوكسين. عندما يُسلَّط الضوء من اتجاه واحد فقط، يتجمَّع هرمون الأوكسين في جانب الظلِّ من الساق، وهو ما يتسبَّب في استطالة الخلايا بصورة أكبر من الجانب الآخَر، وانحناء الساق في اتجاه الضوء. تنتحي الساق انتحاءً ضوئيًّا موجبًا؛ لأنها تنمو في اتجاه المُثير الضوئي، كما نلاحِظ في الشكل الآتي.

أمَّا الجذور فتنتحي انتحاءً ضوئيًّا سالبًا؛ لأنها تنمو بعيدًا عن المُثير الضوئي. حيث تُثبِّط التركيزات العالية من هرمون الأوكسين استطالة الخلايا في أسفل الجذر، وهذا عكس ما يَحدُث في الساق. يؤدِّي ذلك إلى زيادة نسبة نمو الخلايا في أعلى الجذر نسبيًّا، وإلى انحناء الجذر إلى أسفل بعيدًا عن الضوء.

إذن إجابتنا الصحيحة هي الخيار (أ)، أنها تنمو في اتجاه مُثير ضوئي.

ثمَّة تجربة بسيطة يُمكن أن ندرس من خلالها الانتحاء الضوئي في النباتات. يُوضَع نباتان كلٌّ منهما في صندوق على حِدةٍ، ويُسلَّط على كلٍّ منهما مصدر ضوئي من اتجاهين مختلفين، كما هو موضَّح في المخطَّط في الشكل 6.

بعد ذلك، في حالة انحناء النباتين، يُمكن تدوين ملاحَظات بشأن الاتجاه، إنْ وُجدت.

على اليسار في الشكل 6، يُسلَّط الضوء من أعلى النبات مباشرة، ويُمكننا ملاحَظة أن النبات قد نما لأعلى. يُمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أن هرمون الأوكسين سينتشر بشكل متساوٍ بطول جانبي النبات، الأمر الذي يتسبَّب في استطالة خلايا الجانبين بالقدْر نفسه.

على اليمين في الشكل 6، يُسلَّط الضوء من الجهة اليمنى؛ حيث يتركز على الخلايا الموجودة على يمين الساق. يُمكننا ملاحَظة أن الساق تنحني في اتجاه الضوء على اليمين. يُمكن تفسير ذلك من خلال تجمُّع هرمون الأوكسين في جانب الظلِّ الأيسر، وهو ما تسبَّب في استطالة خلاياه أكثر من تلك الموجودة في الجانب الأيمن، وهذا أدَّى إلى انحناء الساق.

مثال ٣: التعرُّف على الانتحاء في النبات من خلال إجراء دراسات

يمثِّل الشكل الآتي دراسة لانتحاء النبات. ما نوع الانتحاء الموجب الذي تُظهِره هذه السيقان؟

1. الانتحاء المائي
2. الانتحاء الأرضي
3. الانتحاء الضوئي
4. الانتحاء اللَّمْسي

الحل

الانتحاء الضوئي هو استجابة النبات بالنمو في اتجاه الضوء أو بعيدًا عنه. الانتحاء الضوئي الموجب يعني النمو في اتجاه الضوء، والانتحاء الضوئي السالب يعني النمو بعيدًا عن الضوء. تنتحي سيقان النبات انتحاءً ضوئيًّا موجبًا، كما نلاحِظ في مخطَّط هذه التجربة. توضِّح التجربة أنه عندما يُسلَّط الضوء من أعلى النبات مباشرة، يَنتشِر هرمون الأوكسين المُنتَج في طرف الساق إلى أسفل النبات بالتساوي، ويؤدِّي إلى استطالة الخلايا بالتساوي على جانبي الساق. عندما يُسلَّط الضوء من اليسار فقط، يتجمَّع هرمون الأوكسين في جانب الظلِّ الأيمن من الساق. هذا يتسبَّب في استطالة الخلايا نسبيًّا مقارنة بالخلايا في الجانب الأيسر. تؤدِّي هذه الاستطالة غير المتماثِلة للخلايا إلى انحناء النبات في اتجاه المُثير الضوئي على اليسار، بحيث تحصل خلايا البناء الضوئي على شدَّة ضوء أعلى. يُمكن ملاحَظة أن العكس يَحدُث عندما يُسلَّط الضوء من اليسار، كما نرى في الشكل الآتي.

الانتحاء المائي هو استجابة النبات بالنمو في اتجاه الماء أو بعيدًا عنه. والانتحاء الجذبي هو استجابة النبات بالنمو في اتجاه الجاذبية أو بعيدًا عنها. والانتحاء اللَّمْسي هو استجابة النبات بالنمو في اتجاه اللَّمْس أو بعيدًا عنه.

إذن إجابتنا الصحيحة هي الخيار (ج)، الانتحاء الضوئي.

لنلقِ نظرةً على الانتحاء المائي. الانتحاء المائي هو استجابة النبات بالنمو في اتجاه الماء أو بعيدًا عنه. تحتاج النباتات إلى الماء لأداء عملية البناء الضوئي، باعتباره وَسَطًا لنقْل الأيونات المعدنية، ولملء الفجوات العصارية للحفاظ على شكل الخلية. يَحصُل النبات على الماء من التربة بامتصاصه إلى داخل خلايا الشُّعيرات الجذرية عن طريق الخاصية الأسموزية. ومن ثَمَّ، يجب أن تنتحي الجذور انتحاءً مائيًّا موجبًا حتى يتسنَّى لها النمو في اتجاه الرطوبة في التربة؛ حيث يزيد تركيز جزيئات الماء.

ليس من السهل دراسة الانتحاء المائي في تجربة مثل باقي أنواع الانتحاءات الأخرى، فغالبًا ما تؤثِّر استجابة الانتحاء الجذبي بشكلٍ أكبر على استجابة الانتحاء المائي. لكن تُوجَد طُرق يُمكن من خلالها أن يقلِّل النبات من استجابته للانتحاء الجذبي عندما تحفَّز جذوره للانتحاء المائي من خلال تدرُّج جهد الماء المنحدر في التربة.

أحد أمثلة التجارب التي يُمكنك إجراؤها لدراسة الانتحاء المائي في جذور النباتات هي وضع نبات في تربة ذات جهد ماء منخفض، مع وضع وعاء مسامِّي مملوء بالماء في مكان قريب، كما هو موضَّح في الشكل 7. يتسرَّب الماء من مسامِّ الوعاء، وهو ما يزيد جُهد الماء في التربة على يسار النبات. يوضِّح الشكل 7 كيف تنمو جذور النبات إلى اليسار في اتجاه التربة ذات جُهد الماء الأكبر.

لنلقِ نظرةً على الانتحاء الجذبي. يُسمَّى الانتحاء الجذبي أيضًا بالانتحاء الأرضي، وهو استجابة النبات بالنمو في اتجاه الجاذبية أو بعيدًا عنها. الانتحاء الجذبي مُفيد لسببين أساسيين. تنتحي ساق النبات انتحاءً جذبيًّا سالبًا، حيث تنمو لأعلى، أيْ عكس اتجاه الجاذبية. هذا يعني أن الضوء، الذي غالبًا ما يكون مُسلَّطًا من الأعلى، يُمكن أن يَصِل إلى أجزاء النبات التي تقوم بالبناء الضوئي.

تنتحي جذور النبات انتحاءً جذبيًّا موجبًا، حيث تنمو لأسفل مع اتجاه الجاذبية. هذا يعني زيادة احتمال أن تَصِل تلك الجذور إلى الماء والأيونات المعدنية الموجودة في عمق التربة. في الواقع، استجابة الانتحاء الجذبي قوية جدًّا لدرجة أنها يُمكن أن تَحدُث حتى عند وضْع النبات على جانبه، كما هو موضَّح في الشكل 8. هذه تجربة سهلة يُمكنك إجراؤها لملاحَظة الانتحاء الجذبي في النباتات.

يتأثَّر الانتحاء الجذبي أيضًا بهرمون الأوكسين؛ حيث يُساعِد تجمُّعه في أسفل الجذر على تثبيط نموه، وهو ما يتسبَّب في انحنائه لأسفل، كما هو موضَّح في مثال الانتحاء الضوئي. لاحَظنا أيضًا بالفعل استجابة الساق لتجمُّع هرمون الأوكسين أسفل الساق، وهو ما أدَّى إلى استطالة تلك الخلايا بمعدَّل أكبر نسبيًّا، وانحناء الساق لأعلى. لهرمون الأوكسين نفس التأثير؛ لذلك تَحدُث نفس الاستجابة. لكن تختلف فقط المصطلحات التي نُطلِقها على حركة النبات استجابة للضوء أو الجاذبية. إذن تنتحي الساق انتحاءً ضوئيًّا موجبًا وانتحاءً جذبيًّا سالبًا، بينما ينتحي الجذر انتحاءً ضوئيًّا سالبًا، وانتحاءً مائيًّا وجذبيًّا موجبًا.

لنلخِّص بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الشارح.