فيديو الدرس: الانتحاء في النبات الأحياء

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم ما هو الانتحاء. وسوف نستكشف بعضًا من أبرز الأمثلة للانتحاء في النباتات وكيف يمكن أن تكون مفيدة لهذه الكائنات. وسنلقي نظرة أيضًا على بعض التجارب البسيطة التي يمكن إجراؤها لدراسة بعض أنواع الانتحاءات المختلفة في النباتات.

هل سبق لك أن رأيت زهرة عباد شمس صغيرة تتبع حركة الشمس في السماء من الشرق إلى الغرب خلال النهار؟ تسمى هذه العملية الانتحاء الشمسي، أو ‪heliotropism‬‏، حيث إن البادئة «‪helio‬‏-» مشتقة من الكلمة اليونانية التي تعني الشمس، والانتحاء هو استجابة بالنمو في اتجاه ما. من المفترض أن يؤدي الانتحاء الشمسي إلى زيادة درجة حرارة الزهور وكمية الضوء التي تتعرض لها. ويمكن أن تزيد هذه التغيرات من نمو النباتات الصغيرة. كما أن تزايد درجات الحرارة يساعد النبات الناضج على التكاثر الجنسي بمساعدة الملقحات مثل النحل.

يحب النحل والحشرات الأخرى تدفئة نفسها في الشمس في ساعات الصباح الباردة. لذلك ستكون أكثر ميلًا إلى الهبوط على الأزهار التي تواجه شمس الصباح ومن ثم تلقيحها بدلًا من الأزهار التي لا تواجه الشمس وتكون في الظل. نتيجة لذلك، تميل النباتات التي تواجه الشمس بهذه الطريقة إلى إنتاج بذور أكثر من النباتات التي تنتمي لنفس النوع ولكنها ضعيفة الانتحاء الشمسي. هذا مجرد مثال للحركات المذهلة التي تبديها النباتات استجابة للبيئة من حولها.

الانتحاءات مثل الانتحاء الشمسي تصف النمو في اتجاه مثير أو بعيدًا عنه. قد يعتقد الكثير من الأشخاص أن النباتات ثابتة؛ أي كائنات غير متحركة، لكنها في الواقع يمكنها أن تستجيب لمجموعة كبيرة من المثيرات. تذكر، المثير هو أي تغير يمكن رصده في بيئة الكائن الداخلية أو الخارجية يتسبب في حدوث تأثير على هذا الكائن، مثل الانتحاء. بعض الأمثلة على حركات الانتحاء في النباتات يمكن أن تكون استجابة لمثيرات مثل الماء والضوء ودرجة الحرارة والجاذبية. حتى أن بعض النباتات يمكن أن تستجيب عند لمسها، مثل ساق نبات العنب التي تلتف حول عود كي تثبت نفسها.

غير أن حركة النباتات أبطأ من حركتنا، لأن تحركها يتطلب نموها، في حين تعتمد الحركة في الحيوانات مثل البشر على انقباض العضلات السريع. يسمى نوع الانتحاء الموضح في ساق نبات العنب الانتحاء اللمسي. وكما يتضح من الاسم فإن هذا النوع من الانتحاء يحدث عندما ينمو النبات استجابة لمحفز اللمس، مثل لمس العود. الانتحاءات الرئيسية التي سنركز عليها في هذا الفيديو هي الانتحاء الضوئي، وهو الاستجابة لمثير ضوئي، والانتحاء المائي، وهو الاستجابة لمثير مائي، والانتحاء الأرضي، الذي يعرف أحيانًا باسم الانتحاء الجذبي. ولعلك استنتجت أن هذه الحركة تحدث استجابة للجاذبية.

دعونا نلق نظرة على الانتحاء الضوئي أولًا. تشير كلمة «ضوئي» في المصطلح إلى ارتباط هذا بالانتحاء الضوئي. وهكذا فإن الانتحاء الضوئي هو حركة نمو نبات أو كائن حي آخر في اتجاه الضوء أو بعيدًا عنه. لعلك سمعت كلمة «ضوئي» في مصطلحات مثل البناء الضوئي. و«البناء الضوئي» يعني تكوين المواد أو تخليقها باستخدام الضوء. العديد من الكائنات الحية التي تعتمد على البناء الضوئي مثل النباتات تقوم بالبناء الضوئي أيضًا. وسبب ذلك هو أن عملية البناء الضوئي هي العملية التي تقوم من خلالها النباتات بتحويل الطاقة الضوئية التي تحصل عليها عادة من الشمس إلى طاقة كيميائية داخل خلاياها، وغالبًا ما تكون في صورة جلوكوز. وهو مصدر الغذاء الذاتي الذي يعتمد عليه الكائن الذي يقوم بالبناء الضوئي.

لذلك، كلما زادت قدرتها على النمو في اتجاه الضوء من خلال الانتحاء الضوئي، زادت قدرتها على البناء الضوئي وزادت كمية الجلوكوز الذي يمكنها تكوينه لاستخدامه مصدرًا للغذاء. يمكن للنباتات تخزين هذا الجلوكوز على هيئة نشا أو استخدامه في التنفس الخلوي، حيث يتكسر لإطلاق الطاقة.

ونظرًا إلى أن البناء الضوئي هو الطريقة الوحيدة التي تتمكن من خلالها معظم النباتات من الحصول على الغذاء، فمن الضروري أن تتعرض النباتات للضوء لكي تبقى حية وتستمر في النمو. لهذا السبب، غالبًا ما نلاحظ أن سيقان النباتات وأوراقها تنمو في اتجاه الضوء من خلال الانتحاء الضوئي. وهذا يسمح للخلايا التي تقوم بعملية البناء الضوئي في النبات بامتصاص المزيد من الضوء اللازم لهذه العملية.

لنلق نظرة على آلية شائعة مقبولة علميًّا لكيفية حدوث الانتحاء الضوئي في خلايا النباتات. تنتج العديد من النباتات مواد تتحكم في نموها استجابة لمثيرات معينة، مثل الضوء. عادة ما يطلق عليها اسم منظمات النمو النباتية أو هرمونات النبات. ومن أمثلة هرمونات النبات هرمون الأوكسين. ينتج هرمون الأوكسين في الغلاف الورقي. وهو الغلاف المحيط بطرف الساق في مناطق نمو النباتات. تشير بعض الأدلة أيضًا إلى أنه يمكن إنتاج الأوكسينات من أطراف جذور النباتات. يمكن أن يحفز وجود الأوكسين استطالة الخلايا أو يثبطها، بناء على الموضع الذي يؤثر فيه في النبات ومقدار تركيزه.

إذا كان مصدر الضوء أعلى ساق النبات مباشرة، فسينتج الأوكسين في طرف النبات وينتشر أسفل كل جانب من جانبي ساق النبات بالتساوي. وهو ما يؤدي إلى استطالة متماثلة في الخلايا على جانبي الساق ويؤدي إلى نمو ساق النبات مباشرة إلى أعلى في اتجاه مصدر الضوء. ولكن عند سقوط الضوء على جانب واحد، فإن الأوكسين الذي ينتجه طرف الساق يتراكم في الخلايا في جانب الساق الذي لا يتعرض إلى الضوء. ويؤدي هذا إلى استطالة هذه الخلايا التي لا تتعرض لضوء الشمس المباشر أكثر مقارنة بالجانب الذي يتعرض لضوء الشمس المباشر، مما يتسبب في انحناء الساق في اتجاه الضوء.

يمكن أن تكون الانتحاءات المختلفة إما موجبة، بمعنى النمو في اتجاه مثير مثل الضوء، أو قد تكون سالبة، بمعنى النمو بعيدًا عن مثير مثل الضوء. تميل سيقان وأوراق النبات إلى أن تكون موجبة الانتحاء الضوئي، مما يعني أنها تنمو في اتجاه الضوء. ولكن أي المناطق في النبات تعتقد أنها ستكون سالبة الانتحاء الضوئي؟ وماذا يمكن أن تكون فوائد ذلك؟ ثبت أن بعض جذور النباتات، لا سيما تلك الموجودة في النباتات الهوائية، مثل نبات العنكبوت هذا، تنتحي انتحاء ضوئيًّا سالبًا، وفي هذه الحالة تنمو إلى أسفل بعيدًا عن مصدر الضوء الموجود فوق النبات مباشرة.

قد يرجع السبب في نمو الجذر في الاتجاه الذي لوحظ في جذور نباتات معينة، مثل هذه، إلى حقيقة أن جذور النبات لا تحتوي على بلاستيدات خضراء، ومن ثم لا تحتاج إلى امتصاص الضوء لإجراء عملية البناء الضوئي. لذلك، قد يكون من المنطقي أن تنمو جذور هذه النباتات إلى أسفل بعيدًا عن مصدر الضوء. فكلما زاد عمق جذر النبات، زادت احتمالية وصول الجذر إلى احتياجاته من الماء والأيونات المعدنية. لكن من المهم ملاحظة أن الانتحاء الضوئي ليس العامل الوحيد الذي يؤثر على نمو جذور النباتات. وسنستكشف هذه العوامل الأخرى في موضع لاحق من هذا الفيديو.

لنلق نظرة على كيفية تأثير الأوكسين على نمو الجذور، الذي يحدث بشكل مختلف قليلًا عما يحدث في الساق. ينمو جذر هذا النبات بالقرب من سطح التربة، لذا سيتلقى بعض الضوء. يمكننا أن نلاحظ أن هرمون الأوكسين يتجمع أحيانًا في الخلايا أسفل جذر النبات، بعيدًا عن الضوء. وفي حين أن تجمع الأوكسين في الساق قد يؤدي إلى استطالة هذه الخلايا، فإن تركيز الأوكسين المرتفع في جذور النبات يعمل فعليًّا على تثبيط استطالة الخلايا. وهكذا فإن الخلايا الموجودة أعلى الجذر، التي تتلقى ضوءًا أكثر نسبيًّا ولديها كمية أقل من الأوكسين، تستطيل فعليًّا أكثر بكثير من الخلايا الموجودة أسفل الجذر، التي تتلقي ضوءًا أقل ويتجمع فيها الأوكسين بتركيزات عالية. وتتسبب هذه الاستطالة غير المتماثلة في انحناء الجذر إلى أسفل ونموه بعيدًا عن اتجاه الضوء، وبهذا يظهر انتحاء ضوئيًّا سالبًا.

ثمة تجربة بسيطة يمكن إجراؤها لدراسة الانتحاء الضوئي في سيقان النباتات. يوضع نباتان متماثلان كل منهما في صندوق على حدة، ويسلط على كل منهما مصدر ضوئي من اتجاهين مختلفين في كل صندوق. وهو ما يوصف بالمتغير المستقل، وهو العامل الوحيد الذي ننوي تغييره. ومن المهم إبقاء جميع العوامل الأخرى التي قد تؤثر على نمو النبات، بخلاف اتجاه الضوء، كما هي. وهذه تسمى المتغيرات الضابطة. هل يمكنك التفكير في عوامل أخرى قد تؤثر على نمو النبات؟

من الأمثلة الممكنة لهذه العوامل الحفاظ على درجة الحرارة نفسها في الصندوقين، أو الرطوبة أو محتوى الماء، وحتى شدة الضوء. لذا، علينا أن نحرص على أن يكون للمصباحين نفس القوة وأن يبعدا نفس المسافة من الصندوق. يمكن بعد ذلك رصد الملاحظات عن اتجاه نمو كل نبات، وهو المتغير التابع في التجربة. بعد أن تركنا النباتين لمدة ثلاثة أسابيع، فلنقم بهذه الملاحظات الآن.

في هذا النبات الموجود على اليمين، حيث يسلط الضوء من أعلى النبات مباشرة، ينمو النبات مباشرة إلى أعلى في اتجاه مصدر الضوء. يمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أن هرمون الأوكسين ينتشر بشكل متساو بطول جانبي النبات، الأمر الذي يتسبب في استطالة خلايا الجانبين بالقدر نفسه. في النبات الموجود على اليسار، سلط الضوء من الجهة اليمنى؛ حيث يتركز على الخلايا الموجودة على يمين الساق. يمكننا ملاحظة أن الساق تنحني وتنمو في اتجاه الضوء على الجانب الأيمن. يمكن تفسير ذلك بتجمع هرمون الأوكسين في الجانب الأيسر الظليل من النبات، وهو ما تسبب في استطالة خلاياه أكثر من تلك الموجودة في الجانب الأيمن، مما أدى إلى انحناء الساق.

لنلق نظرة على الانتحاء المائي فيما يلي. كما يتضح من كلمة «مائي»، فإن الانتحاء المائي يعني استجابة كائن حي مثل النبات بالنمو في اتجاه الماء أو بعيدًا عنه. الماء أحد المواد المتفاعلة في عملية البناء الضوئي. لذلك من الضروري أن يتمكن النبات من الوصول إلى الماء، مثل الضوء، من أجل صنع غذائه. يعد الماء أيضًا وسطًا مفيدًا لنقل المواد في جميع أنحاء النبات، مثل الأيونات المعدنية. كما يفيد الماء أيضًا في ملء الفجوات العصارية في النباتات للحفاظ على شكل الخلية عن طريق الدعامة الفسيولوجية للنبات. يحصل النبات على الماء من التربة بامتصاصه إلى داخل خلايا الشعيرات الجذرية عن طريق الخاصية الأسموزية. ومن ثم، يجب أن تنتحي الجذور انتحاء مائيًّا موجبًا حتى يتسنى لها النمو في اتجاه الرطوبة في التربة؛ حيث يزيد تركيز جزيئات الماء.

تعد دراسة الانتحاء المائي أصعب من دراسة باقي أنواع الانتحاءات الأخرى. غالبًا ما توجد جزيئات الماء بتركيز أعلى على عمق أكبر من التربة. لذلك فإن الانتحاء المائي يرتبط بشدة بالانتحاء الجذبي، وهو استجابة النبات للجاذبية، وكثيرًا ما يختلط الأمر بينهما. وعادة ما تغلب استجابة الانتحاء الجذبي على استجابة الانتحاء المائي. لكن توجد طرق يمكن من خلالها أن يقلل النبات من استجابته للانتحاء الجذبي عندما تحفز جذوره للانتحاء المائي من خلال تدرج جهد الماء المنحدر في التربة.

أحد أمثلة التجارب التي يمكنك إجراؤها لدراسة الانتحاء المائي في جذور النباتات هي وضع نبات في تربة ذات جهد ماء منخفض، مع وضع وعاء مسامي مملوء بالماء في مكان قريب. يتسرب الماء من مسام الوعاء، وهو ما يزيد جهد الماء في التربة على يمين النبات. في هذه الحالة، من المرجح أن يلاحظ نمو جذور النبات نحو اليمين، في اتجاه التربة ذات الجهد المائي الأكبر، ومن ثم يظهر انتحاء مائيًّا موجبًا.

لنلق نظرة على الانتحاء الجذبي فيما يلي. كلمة «جذبي» في المصطلح تعني أنه مرتبط بالجاذبية. والانتحاء الجذبي، الذي يعرف أحيانًا بالانتحاء الأرضي، هو استجابة الكائن الحي مثل النبات بالنمو في اتجاه الجاذبية أو بعيدًا عنها. والانتحاء الجذبي مفيد للنبات لسببين أساسيين. تؤثر قوة الجاذبية، على الأرض على الأقل، دائمًا في الاتجاه إلى أسفل. وتنتحي ساق النبات انتحاء جذبيًّا سالبًا، حيث تنمو لأعلى، أي عكس قوة الجاذبية. وهذا يعني أن الضوء، الذي غالبًا ما يكون مسلطًا من الأعلى، يمكن أن يصل إلى أجزاء النبات التي تقوم بالبناء الضوئي، مثل الساق والأوراق.

أما جذور النبات فتنتحي انتحاء جذبيًّا موجبًا، حيث تنمو لأسفل مع اتجاه الجاذبية. وهذه الاستجابة تعني زيادة احتمالية وصول تلك الجذور إلى الماء والأيونات المعدنية الموجودة في عمق التربة. وقد تفيد هذه الاستجابة أيضًا في تثبيت النبات في موقعه في التربة. في الواقع، استجابة الانتحاء الجذبي قوية جدًّا لدرجة أنها يمكن أن تحدث حتى عند وضع النبات على جانبه، فيميل الساق وينمو لأعلى، ويظهر انتحاء جذبيًّا سالبًا، في حين تنمو الجذور لأسفل، لتظهر انتحاء جذبيًّا موجبًا.

من الصعب الفصل بين تأثيرات الانتحاءات المختلفة. يمكن ملاحظة تأثر الانتحاء الجذبي أيضًا بهرمون الأوكسين؛ حيث يساعد تجمعه بتركيز مرتفع أسفل الجذر على تثبيط استطالته، في حين تستطيل الخلايا أعلى الجذر، وهو ما يتسبب في انحنائه إلى أسفل. وهي نفس الاستجابة التي رأيناها في مثال الانتحاء الضوئي.

كما لاحظنا بالفعل استجابة الساق لتجمع هرمون الأوكسين أسفل الساق، وهو ما أدى إلى استطالة تلك الخلايا بمعدل أكبر نسبيًّا مقارنة بالخلايا الموجودة في جانب الساق المعرض للضوء، مما أدى إلى انحناء الساق لأعلى. لهرمون الأوكسين نفس التأثير؛ لذلك تحدث نفس الاستجابة. لكن تختلف فقط المصطلحات التي نطلقها على حركة النبات استجابة للضوء أو الجاذبية. إذن بينما تنتحي الساق انتحاء جذبيًّا سالبًا، فإنها تنتحي انتحاء ضوئيًّا موجبًا. وبينما ينتحي الجذر انتحاء ضوئيًّا سالبًا، فإنه ينتحي انتحاء جذبيًّا موجبًا وغالبًا انتحاء مائيًّا موجبًا أيضًا.

دعونا نختبر مقدار ما يمكننا تذكره حول الانتحاء في النبات عن طريق تطبيق معرفتنا على سؤال تدريبي.

سيقان النباتات موجبة الانتحاء الضوئي. ماذا يعني هذا؟ (أ) أنها تنمو في اتجاه مثير ضوئي. (ب) أنها تنمو مبتعدة عن ضوء الشمس الساطع. (ج) أنها تعكس أغلب الأطوال الموجية للضوء. (د) أنها تنمو باتجاه النباتات الأخرى الزاهية الألوان.

عندما يوصف نبات بأنه موجب الانتحاء الضوئي، فإن هذا يعني أنه يظهر نوعًا من الانتحاء يسمى الانتحاء الضوئي، حيث تشير كلمة «ضوئي» في المصطلح إلى ارتباط هذا الانتحاء بالضوء. والانتحاء هو استجابة بالنمو. وهذا يعني أننا نبحث عن خيار إجابة يصف نباتًا يتحرك من خلال النمو في اتجاه شيء ما أو بعيدًا عنه. لذلك يمكننا استبعاد الخيار (ج)، لأنه لا يصف استجابة نمو.

ونظرًا إلى أن استجابة النمو هي استجابة لمثير ضوئي، فيمكننا أيضًا استبعاد الخيار (د)، حيث إنه لا يتحدث عن نمو النباتات في اتجاه الضوء أو بعيدًا عنه، بل في اتجاه النباتات ذات الألوان الزاهية أو بعيدًا عنها، وهذا ليس شيئًا تفعله النباتات عادة. يمكن أن تكون الأجزاء المختلفة من النبات إما موجبة الانتحاء الضوئي، أي أنها تنمو في اتجاه مثير ضوئي، أو يمكن أن تكون سالبة الانتحاء الضوئي، أي أنها تنمو بعيدًا عن مثير ضوئي. تحتوي سيقان وأوراق النباتات على أغلب الخلايا المسئولة عن البناء الضوئي في النبات، الذي يمكن النباتات من صنع غذائها، وهو أمر ضروري لبقائها على قيد الحياة.

يتطلب البناء الضوئي وجود الضوء. لذلك من المفيد أن تنمو السيقان والأوراق في اتجاه الضوء للوصول إلى المزيد منه لإجراء عملية البناء الضوئي. لذلك يمكن وصف السيقان بأنها موجبة الانتحاء الضوئي، حيث إنها تنمو في اتجاه الضوء. أما جذور النبات فلا تتطلب الضوء لأنها لا تقوم بعملية البناء الضوئي. لذا فإنها سالبة الانتحاء الضوئي. لذلك تنمو الجذور إلى أسفل بعيدًا عن مصدر الضوء وفي اتجاه الماء والمعادن في التربة. وبهذا نستنتج أن سيقان النباتات موجبة الانتحاء الضوئي، لأنها تنمو في اتجاه مثير ضوئي.

لنختتم هذا الفيديو بمراجعة النقاط الرئيسية التي تناولناها حول الانتحاء في النبات. الانتحاء هو الاستجابة بالنمو في اتجاه مثير. في النباتات، قد تكون هذه الاستجابات انتحاء ضوئيًّا، وهو استجابة النبات بالنمو في اتجاه الضوء أو بعيدًا عنه، أو انتحاء مائيًّا، وهو استجابة النمو في اتجاه الماء أو بعيدًا عنه، أو انتحاء جذبيًّا، وهو استجابة النمو في اتجاه الجاذبية أو بعيدًا عنها. يمكن أن تستجيب سيقان وجذور النبات بشكل مختلف لنفس المثيرات، متأثرة بهرمون نمو النبات المسمى الأوكسين.