فيديو الدرس: الحركة في النباتات الأحياء

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف حركات النمو الاتجاهية، المعروفة أيضًا باسم الانتحاءات، التي تسمح للنباتات بالتفاعل مع بيئتها. وسنتناول أيضًا بعض الأمثلة على الحركات اللااتجاهية، التي تسمى الاستجابات التأثيرية اللاانتحائية، مثل الاستجابة لدورات الضوء والظلام والاستجابة للمس.

على الرغم من أن النباتات قد تبدو وكأنها لا تتحرك، فإنها قادرة في الحقيقة على القيام بعدة أنواع مختلفة من الحركة استجابة للعديد من المثيرات المختلفة. تذكر أن المثير تغير في البيئة الداخلية أو الخارجية للكائن الحي يمكن أن يؤثر على نشاط هذا الكائن. يمكن أن تتحرك النباتات استجابة لمثيرات مثل الضوء واللمس والجاذبية وحتى الحرارة. بعض هذه المثيرات، مثل الضوء أو اللمس، يحفز في نباتات معينة استجابة بحركة اتجاهية تنمو إما في اتجاه المثير وإما بعيدًا عنه.

تسمى حركات النمو الاتجاهية هذه بالانتحاءات. لنتناول مثالًا على أحد انتحاءات النبات استجابة للمس، وهو الانتحاء اللمسي. للنباتات المتسلقة، مثل نبات البازلاء الخضراء، تراكيب متخصصة تسمى المحاليق. والمحاليق تراكيب رفيعة تساعد في دعم النباتات المتسلقة عن طريق الالتفاف حول الأجسام التي تلامسها. في حالة نبات البازلاء، يساعد هذا على دعم النبات، لكنه يمكن أن يمثل أيضًا استجابة مفيدة للنباتات الطفيلية مثل هذه الكرمة لتلتف حول شجرة عائلة وتمتص منها المغذيات الضرورية.

بإلقاء نظرة فاحصة على أحد هذه المحاليق، يمكن أن نرى كيف يحدث ذلك. تمتد محاليق النباتات المتسلقة في الهواء حتى تلامس جسمًا صلبًا، وهو ما يسبب إفراز هرمونات نباتية معينة. وهذا يجعل الخلايا الموجودة في جانب المحلاق الملامس للجسم تنمو ببطء، بينما تحفز الخلايا الموجودة في الجانب المقابل على النمو بسرعة أكبر. وهذا يتسبب في التفاف المحلاق حول الجسم. يصبح المحلاق أيضًا أكثر سمكًا بفضل النسيج الدعامي الذي يوفر الدعم القوي للنباتات المتسلقة، ما يساعدها على البقاء قائمة.

يمكن أن تكون الانتحاءات اللمسية، شأنها شأن معظم الانتحاءات، سالبة أو موجبة؛ أي يحدث النمو بعيدًا عن المثير أو في اتجاهه. في مثال النباتات المتسلقة، تحفز المحاليق الملامسة لجسم صلب خارجي هذه النباتات على النمو في اتجاه هذا الجسم، وهذا ما يسمى بالانتحاء اللمسي الموجب. في نباتات معينة، مثل البقوليات التي تشمل الفول ونبات البازلاء، تعتمد الجذور على حاسة اللمس لديها كي تساعدها على النمو في التربة دون مواجهة مقاومة كبيرة. فعندما تلامس جذور هذه النباتات أجسامًا صلبة تحت سطح التربة، مثل الصخور أو الأحجار، فإنها تحفز على النمو بعيدًا عن هذه الأجسام. ونظرًا لأن اتجاه الحركة في هذه الحالة يكون بعيدًا عن المثير اللمسي، فإن هذا يسمى انتحاء لمسيًّا سالبًا.

من المثير للاهتمام أن بعض النباتات، مثل نبات المستحية الذي يعرف باسم الميموزا أو ‪Mimosa pudica‬‏، حساسة للمس بشكل مذهل. في حين أن الأمثلة التي استعرضناها للتو أمثلة على حركات نمو اتجاهية بطيئة إلى حد ما، فإن وريقات نبات المستحية، المحاطة إحداها بدائرة هنا، قادرة على الانغلاق في غضون ثوان معدودة استجابة لمثير مثل اللمس. وهذه الاستجابة تسمى الاستجابة الحركية للمس أو ‪thigmonasty‬‏.

تشير اللاحقة -‪nasty‬‏ إلى حقيقة أن هذه الاستجابة لا اتجاهية. وتشير البادئة ‪thigmo‬‏- إلى اللمس، كما في الانتحاء اللمسي ‪thigmotropism‬‏. هذه استجابة لا اتجاهية، لأنه بصرف النظر عن الاتجاه الذي يلمس منه نبات المستحية، تنطوي وريقاته دائمًا لأعلى من وضعها الأفقي الذي لم تتعرض فيه لمثير لمسي. ويتدلى دائمًا العنق، الذي يربط الساق بالوريقات، لأسفل عند استثارة النبات بهذه الطريقة.

لنلق نظرة سريعة على الكيفية التي يغلق بها نبات المستحية هذه الوريقات بسرعة كبيرة. كيف يمكن لهذه الوريقة الموضحة على اليسار التي لم تتعرض لمثير لمسي أن تتحول إلى تلك الوريقة الموضحة على اليمين التي تعرضت لمثير لمسي؟ لنكتشف ذلك. يوضح هذا الشكل صورة مبسطة ومكبرة لجزء واحد من هذه الوريقة. بتكبير الصورة مرة أخرى لإحدى خلايا هذه الوريقة، يمكن أن نلاحظ أنها تحتوي على ماء داخل تركيب يسمى الفجوة العصارية. الضغط الانتفاخي هو الضغط الذي يبذله الماء على جدران الخلايا في قاعدة الوريقات. ووجود الكثير من الماء في خلية يعني ارتفاع ضغطها الانتفاخي، وهو ما يجعل الخلايا منتفخة ويساعدها على الاحتفاظ بشكلها.

عند لمس النبات، تتسبب إشارة ما في فقد هذه الخلايا للماء، ومن ثم ينخفض ضغطها الانتفاخي. ويقل انتفاخ الخلايا، ما يؤدي إلى انغلاق الوريقات. وقد ارتأى العلماء أن هذه الاستجابة الحركية للمس في نبات المستحية قد تقدم ميزة تطورية للنبات. فمن الممكن أن يشير لمس النبات أو اهتزازه إلى أن هناك آكلات للعشب بالقرب منه أو أن هناك حشرة آكلة للعشب مثل هذه الدعسوقة قد وقفت على تلك الوريقة وعلى وشك أن تأكلها. وانغلاق الوريقات بسرعة وتدليها قد يجعل النباتات تبدو أصغر وأكثر ذبولًا في نظر آكلات العشب الكبيرة، وقد يبعد ذلك آكلات العشب الصغيرة مثل الحشرات، وهو ما يحمي النبات من أن يؤكل.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يحرك نبات المستحية، وأنواع عديدة أخرى من النباتات، أوراقه في دورات الضوء والظلام من خلال الاستجابة إلى مثير مختلف، وهو شدة الضوء. على سبيل المثال، على الرغم من أن وريقات نبات المستحية تنفتح أثناء النهار، فإنها تنغلق في الليل. فتستشعر المستقبلات الضوئية الحساسة للضوء انخفاض شدة الضوء مع اقتراب الليل، وتولد إشارة كهربية تتسبب في انغلاق وريقات نبات المستحية. وفي أثناء النهار، تستشعر المستقبلات الضوئية زيادة شدة الضوء وتحفز الوريقات على العودة إلى وضعها المفتوح. يسمى هذا النوع من الحركة بالاستجابة الحركية للظلام ‪nyctinasty‬‏، أو حركة اليقظة والنوم.

تعني البادئة ‪nyct‬‏- الظلام. وهذه الاستجابة استجابة لا اتجاهية، شأنها شأن الاستجابة الحركية للمس. لوحظت عملية مماثلة في أوراق نباتات أخرى، مثل أوراق البقوليات التي تتدلى في الليل وتعود لوضعها القائم في الصباح. إن فوائد حركات اليقظة والنوم غير مفهومة فهمًا كاملًا، لكن إحدى النظريات تشير إلى أن تدلي الأوراق ليلًا يساعد على تقليل مساحة سطح النبات لمنع الإفراط في فقد الماء خلال عملية النتح. قد تجعل حركات اليقظة والنوم النبات يبدو أصغر أو ذابلًا في الليل، الأمر الذي جعل العلماء يعتقدون أن هذا قد يكون آلية، شأنه شأن الاستجابة الحركية للمس، لمنع آكلات العشب من أكل هذه النباتات.

بعض النباتات، مثل الكورمات أو الأبصال أو الزهيرات، لديها جذور متخصصة تسمى الجذور الشادة. الجذور الشادة تراكيب جذرية سميكة قادرة على الانكماش في الظروف البيئية القاسية مثل الجفاف الموسمي. يمكنك أن ترى جذرًا شادًّا واحدًا مكبرًا هنا، لكن دعونا نر كيف تعمل هذه الجذور بالفعل أثناء نمو النبات.

أثناء نمو ساق النبات لأعلى، يبذل انكماش هذه الجذور شدًّا قويًّا لأسفل على الساق، الأمر الذي يساعد على تثبيت النبات بعمق في التربة. وهذا يساعد على حماية النبات، على سبيل المثال، من التلف بفعل الضوء والحرارة في ظروف الجفاف.

الآن وبعد أن فهمنا بعض الأنواع المختلفة من حركات النباتات التي تتضمن أعضاء كاملة بالنبات، دعونا نلق نظرة عن قرب على الحركة على المستوى الخلوي.

هذا رسم يوضح كيف تبدو بعض الخلايا النموذجية للنبات في ورقة نبات مائي تحت مجهر له قدرة تكبير عالية. قد تلاحظ أن بعض التراكيب تحت الخلوية مرئية، مثل البلاستيدات الخضراء والسيتوبلازم، وهو سائل تعلق فيه العضيات مثل البلاستيدات الخضراء، كما يمكن أن نرى أيضًا الفجوة العصارية، ولكنها قد تكون غير مرئية في الواقع في الصورة المجهرية.

إحدى الخواص الأساسية للسيتوبلازم هي أنه ينساب بشكل دوراني مستمر في اتجاه واحد داخل الخلية. تسمى هذه الخاصية بالحركة الدورانية السيتوبلازمية، وهي تحرك العضيات والتراكيب تحت الخلوية الأخرى معها. الحركة الدورانية السيتوبلازمية هي المسئولة عن حركة العضيات والمغذيات ونواتج الأيض داخل خلايا الكائنات الحية المتعددة الخلايا، التي لا يمكن تحريكها عن طريق الانتشار البسيط.

لنختبر الآن ما تعلمناه من خلال تناول سؤالين تدريبيين.

أي العبارات الآتية تنطبق على النباتات؟ النباتات كائنات لا تتحرك مطلقًا، ولا يمكن تغيير اتجاه نموها. لا يوجد لدى النباتات أي شكل من أشكال دورات اليقظة والنوم للاستجابة لدورات الضوء والظلام. يمكن أن تستجيب النباتات للمثيرات، مثل الضوء واللمس، عن طريق الحركة. يحدث التواصل بين تراكيب النباتات عن طريق جهاز عصبي مركزي.

كل الكائنات الحية قادرة على الحركة والتفاعل مع التغيرات التي تطرأ على بيئتها الداخلية والخارجية. هذه التغيرات تسمى المثيرات. النباتات قادرة على الحركة استجابة لعدة أنواع مختلفة من المثيرات، مثل شدة الضوء واللمس والحرارة والجاذبية. بعض النباتات حساسة بشكل مذهل للمس، ويمكن أن تتحرك استجابة لمثير لمسي عن طريق عملية تسمى الانتحاء اللمسي. على سبيل المثال، عندما تواجه جذور بعض البقوليات أحجارًا تحت سطح التربة، فإنها تحفز على تغيير اتجاه نموها بعيدًا عن ذلك العائق.

بعض النباتات، بما في ذلك البقوليات، لديها مستقبلات ضوئية يمكن أن تستشعر التغيرات في شدة الضوء. فخلال النهار، تكون أوراقها مفتوحة وقائمة، لكن باقتراب الليل وانخفاض شدة الضوء، قد تنغلق أوراقها وتتدلى سيقانها. وعندما تزداد شدة الضوء مرة أخرى مع اقتراب ضوء النهار، تعود أوراقها إلى وضعها الطبيعي القائم من خلال دورة اليقظة والنوم التي تسمى أحيانًا بالاستجابة الحركية للظلام.

لنتناول العبارات المختلفة الواردة في السؤال. تقول العبارة الأولى إن النباتات لا تتحرك مطلقًا، ولا يمكن تغيير اتجاه نموها. وهذا غير صحيح، لأننا رأينا بالفعل مثالين من الأمثلة العديدة التي توضح كيف يمكن أن تتحرك النباتات. تقول العبارة الثانية إنه لا يوجد لدى النباتات أي شكل من أشكال دورات اليقظة والنوم للاستجابة لدورات الضوء والظلام. لكن، كما نعلم، الضوء أحد المثيرات التي يمكن أن تستجيب لها للنباتات، إذن فهذا غير صحيح أيضًا.

يقول الخيار الثالث إنه يمكن أن تستجيب النباتات للمثيرات، مثل الضوء واللمس، عن طريق الحركة. هذه العبارة صحيحة؛ فالنباتات قادرة على الاستجابة للمثيرات أو التغيرات التي تطرأ على بيئتها عن طريق الحركة. لنتأكد فقط من أن الخيار الأخير غير صحيح قبل أن نؤكد على إجابتنا. يقول الخيار الرابع إن التواصل بين تراكيب النباتات يحدث عن طريق جهاز عصبي مركزي. بوجه عام يحدث التواصل في النباتات بين الأعضاء المختلفة للنبات من خلال إشارات كهربية ومواد كيميائية مثل الهرمونات النباتية، لكن النباتات ليس لديها جهاز عصبي مركزي. وبهذا يمكننا التأكيد على أن هذا الخيار غير صحيح.

إذن، العبارة الصحيحة هي أن النباتات يمكن أن تستجيب للمثيرات، مثل الضوء واللمس، عن طريق الحركة.

لنتناول سؤالًا تدريبيًّا آخر.

إذا لامست جذور نبتة فول، أثناء نموها، جسمًا (مثل حجر تحت سطح التربة) تنقل الإشارات لتحفيز الجذر على النمو بعيدًا عن ذلك الجسم. ما نوع الانتحاء الظاهر هنا؟ انتحاء أرضي موجب، أم انتحاء لمسي سالب، أم انتحاء مائي سالب، أم انتحاء كيميائي موجب، أم انتحاء ضوئي سالب.

تسمى حركة النمو الاتجاهية للنبات استجابة لمثير ما بالانتحاء. يمكن أن تكون الانتحاءات سالبة، وذلك عندما ينمو النبات بعيدًا عن المثير؛ أو موجبة، وذلك عندما ينمو النبات في اتجاه المثير.

لنلق نظرة فاحصة على السؤال والخيارات المطروحة. يصف السؤال جذور نبتة فول تحفز على النمو بعيدًا عن جسم لامسته تحت الأرض. يسمى النمو أو الحركة بعيدًا عن المثير انتحاء سالبًا. إذا نظرنا إلى الإجابات المختلفة، فسنجد أن اثنتين منها تصفان انتحاءات موجبة، لذا يمكن استبعاد هذين الخيارين على الفور.

لنقسم الانتحاءات الثلاثة المتبقية إلى المفردات التي تتكون منها؛ لكي نتمكن من معرفة أي منها هو الصحيح. تفسر كلمة «لمسي» الكيفية التي تعتمد بها جذور بعض النباتات، مثل البقوليات، على حاسة اللمس لديها كي تساعدها على النمو في التربة دون مواجهة مقاومة كبيرة. وعندما تلامس جذور هذه النباتات أجسامًا صلبة تحت سطح التربة، مثل الصخور أو الأحجار، تنقل إشارات لتحفيز الجذر على النمو بعيدًا عن هذه الأجسام. وهذا يساعد الجذور على إيجاد مساحات من التربة خالية لتتمدد بها، وقد يزيد قدرتها على امتصاص المعادن والماء.

يبدو أن هذه العملية تفسر المثال الموجود في السؤال تمامًا، لكن دعونا نلق نظرة على الانتحاءات الأخرى للتأكد من أن هذا الخيار صحيح. تشير كلمة «مائي» إلى الماء، إذن هذا الخيار لا يصف استجابة النبات للمس. وكلمة «ضوئي» تشير إلى الضوء، إذن هذا الخيار لا يشير أيضًا إلى مثير لمسي. وبناء على ذلك، يمكننا استنتاج أن المثال الوارد في هذا السؤال يصف في الواقع انتحاء لمسيًّا سالبًا.

لنراجع بعض النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الفيديو. لقد عرفنا كيف يمكن أن تتحرك النباتات استجابة لمجموعة من المثيرات المختلفة، مثل الضوء واللمس والجاذبية. تسمى حركة نمو النبات استجابة لمثير لمسي بالانتحاء اللمسي. الانتحاء اللمسي الموجب هو الحركة تجاه المثير، بينما الانتحاء اللمسي السالب هو الحركة بعيدًا عن المثير.

يمكن أن تتحرك بعض النباتات، مثل البقوليات، استجابة لدورات الضوء والظلام. وهذا يسمى الاستجابة الحركية للظلام أو حركة اليقظة والنوم. عرفنا أيضًا أن نباتات، مثل الكورمات والأبصال والزهيرات، لها جذور شادة تنكمش وتشد الساق لأسفل داخل التربة في الظروف القاسية. وأخيرًا، عرفنا كيف يتحرك السيتوبلازم داخل خلايا النبات حركة دورانية مستمرة في عملية تسمى الحركة الدورانية السيتوبلازمية.