فيديو الدرس: الإحساس في نبات المستحية (الميموزا) الأحياء

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف شكل ورقة نبات المستحية ونتعرف على التراكيب المختلفة التي تتكون منها. وسنتناول كيف نصف استجابات نبات المستحية للمس، على سبيل المثال، ونوضح كيف يتحكم انتفاخ الخلايا في هذه الاستجابات. وأخيرًا، سندرس استجابة نبات المستحية لدورات الضوء والظلام، والميزات التطورية المحتملة التي قد تمنحها هذه الاستجابة لنبات المستحية.

هذه صورة لنبات رائع وحساس للغاية يسمى المستحية أو ‪Mimosa pudica‬‏. استخدم نبات المستحية بصورة تقليدية على مدار مئات، إن لم يكن آلافًا، من السنين لخصائصه الدوائية. فوجد، على سبيل المثال، أن له خواص مضادة للبكتيريا والاكتئاب والسموم، بل وخواص مضادة للربو أيضًا، والتي تساعد في علاج العديد من الاضطرابات والأمراض. لكننا في هذا الفيديو سنركز على الطريقة المبهرة التي يمكن أن يستجيب بها هذا النبات للمثيرات، وهي تغيرات تطرأ على البيئة الداخلية أو الخارجية للكائن الحي، ما يجعله مثالًا رائعًا على الإحساس في النباتات.

يعود أصل اسم جنس ‪Mimosa‬‏ إلى كلمة لاتينية تعني التمثيل الصامت، واسم النوع ‪pudica‬‏ هو كلمة لاتينية تعني خجولًا أو منكمشًا. ومن ثم فالاسم العلمي لهذا النبات، ‪Mimosa pudica‬‏، يعكس الاسم الأكثر شيوعًا له، وهو النبتة المستحية، الذي يصف على نحو ملائم كيف يستجيب هذا النبات لمثيرات مثل التعرض للمس أو الاهتزاز أو حتى لمثيرات مثل الحرارة، وذلك عن طريق طي أوراقه وجعلها تتدلى خلال ثوان معدودة. ويمكن أن يتسبب الليل أيضًا في إغلاق وريقات نبات المستحية بشكل دوري في دورة نهارية ليلية من الفتح والإغلاق. ومن المثير للاهتمام أن نبات المستحية يطلق عليه في اليابان اسم «العشب الراكع»، ويعتقد البعض أن هذا النبات يمكن أن يتنبأ بالكوارث الطبيعية؛ إذ لوحظ أنه يغلق وريقاته قبل وقوع الزلازل الشديدة مباشرة.

في هذه الصورة، يمكننا رؤية بعض الزهور الوردية الرائعة التي يمكن أن ينتجها نبات المستحية. لكن دعونا نبدأ بالنظر إلى التركيب المميز لأوراق هذا النبات كي نستطيع أن نفهم بشكل أفضل كيف تتمكن من الاستجابة لهذه المثيرات. أوراق نباتات المستحية أوراق مركبة. هذا يعني أن كل ورقة، والتي يمكننا رؤية إحداها في هذا الرسم، مكونة من عدة وريقات منفصلة. تسمى ساق الورقة بالعنق، ويتفرع عنق الورقة إلى عدة امتدادات تسمى محاور، والتي يحمل كل منها وريقة منفصلة.

في هذه الورقة، يمكننا ملاحظة أن عنق الورقة يتفرع إلى أربعة محاور يسمى كل منها محورًا. والتراكيب المتعددة الأصغر حجمًا، والشبيهة بالأوراق التي يمكننا رؤيتها متصلة بكل محور، تسمى الرييشات. ويشكل كل محور والرييشات التي يحملها ريشة واحدة، والتي تسمى أحيانًا وريقة. إذن في هذه الورقة المركبة، توجد أربع ريشات أو وريقات متصلة بعنق واحد. لذا، فإن هذا النوع من الأوراق يسمى ورقة مركبة ريشية.

باختصار، تتكون كل ورقة من أوراق نبات المستحية من عنق واحد وأربع ريشات، كل منها يحتوي على عدة رييشات متصلة بمحور. وأوراق نباتات المستحية لها تراكيب تشبه المفاصل تسمى انتفاخات قواعد الأوراق. ويمكننا رؤية أحد هذه الانتفاخات موضحًا هنا حيث يتفرع عنق الورقة إلى كل محور. ويعتمد التصنيف المحدد لانتفاخات قواعد الأوراق هذه على مكان وجودها في النبات. لذا دعونا نر صورة أشمل للنبات بأكمله لتصور ذلك بشكل أكثر وضوحًا.

انتفاخ قاعدة الورقة هو تركيب منتفخ يشبه المفصل يوجد عند قاعدة الورقة أو الوريقة أو العنق، وهو مسئول عن حركة الأوراق استجابة للمثيرات. بعض التراكيب الأساسية التي استعرضناها سابقًا موضحة في هذا الشكل. توجد الانتفاخات الأولية عند موضع تفرع كل عنق من الساق. وتوجد الانتفاخات الثانوية عند تفرع كل عنق إلى المحاور، وقد رأينا أحدها موضحًا في الشكل السابق. بتكبير مقطع من هذه الوريقة، يمكننا رؤية جزء من المحور وجزأين من الرييشات عن قرب في صورة مقطع عرضي. يمكننا أيضًا رؤية الشكل المنتفخ لانتفاخات قواعد الأوراق بشكل أكثر وضوحًا، ويمكننا ملاحظة أن الانتفاخات الثالثية هي المواضع التي تتفرع عندها الرييشات من كل محور.

كل الانتفاخات في نبات المستحية، الأولية والثانوية والثالثية، منظمة بالطريقة نفسها حيث ينقسم كل منها إلى نصفين. المنطقة الموجودة في النصف العلوي من الوريقة تتكون من خلايا تسمى الخلايا الباسطة، وهي موضحة هنا باللون الوردي. والنصف السفلي من الانتفاخ، الموجود على الجانب السفلي من الوريقة والمتجه لأسفل، يتكون من خلايا تسمى الخلايا القابضة. لكن كيف تسمح بالضبط هذه الانتفاخات للوريقات بأن تنغلق، وللأعناق بأن تتدلى بسرعة كبيرة استجابة لمثيرات معينة؟

دعونا نلق نظرة فاحصة على انتفاخ ثالثي لفهم الآلية التي تسمح بهذه الحركات. خلال النهار أو عند غياب اللمس أو الحرارة، تظل الرييشات مفتوحة بأقصى زاوية لها بحيث تكون أقرب ما يمكن إلى المستوى الأفقي، كما نرى في هذا الشكل. وفي الليل أو عند تعرض النبات للمس أو الحرارة أو الاهتزاز، تغلق الرييشات أو تطوى لأعلى كما نرى في هذا الشكل على اليمين، وتتدلى المحاور والعنق لأسفل.

دعونا نتعرف بمزيد من التفصيل على ما يحدث في خلايا الانتفاخات لإحداث هذه الحركة. يوضح الشكل البسيط الموجود في منتصف الشاشة خلية نباتية نموذجية. مثل جميع الخلايا النباتية، تحتوي خلايا انتفاخات نبات المستحية على الماء في فجوات عصارية مركزية كبيرة، وهي موضحة هنا باللون الأزرق. يعطي هذا الماء الخلايا شكلها وتركيبها. وتغيير حجم الماء داخل الخلايا النباتية هو ما يسمح لها بتغيير هذا الشكل. على سبيل المثال، هذه الخلية الموجودة في المنتصف منتفخة لأنها مليئة بالماء، وهو ما يؤثر بضغط انتفاخي على الغشاء الخلوي. وذلك يجعل الخلية تبدو كبيرة أو منتفخة.

عندما تفقد الخلايا المنتفخة الماء، ينسحب الغشاء الخلوي بعيدًا عن الجدار الخلوي، وتنكمش الخلايا. عندما يحدث ذلك في عدة أجزاء من النبات، يمكن وصف أنسجته بأنها مرتخية، وهو ما يتسبب في ذبول النبات. في حالة عدم تعرض الخلايا الموجودة في الانتفاخات إلى أي مثير، كما هو الحال في خلايا النبات الموجود على اليسار، تكون الخلايا القابضة أقل انتفاخًا من الخلايا الباسطة. في هذه الحالة، تظل الرييشات مفتوحة.

لكن نبات المستحية يمكنه تغيير مستوى الانتفاخ في الخلايا القابضة والباسطة. وثمة نظرية مقبولة على نطاق واسع من شأنها تفسير كيفية انغلاق رييشات نبات المستحية استجابة للمس. عند لمس رييشة، يتعرف النبات على هذا التحفيز الميكانيكي ويحوله إلى إشارة كهربية. وتنتقل هذه الإشارة إلى انتفاخات قواعد الأوراق.

دعونا نلق نظرة فاحصة على الخلايا القابضة والباسطة للانتفاخات لنرى ما يعتقد أنه يحدث فيها نتيجة لهذه الإشارة الكهربية خطوة بخطوة. تحفز الإشارة الكهربية أيونات مثل البوتاسيوم والكلوريد لتتدفق إلى خارج الخلايا الباسطة عبر قنوات موضحة هنا باللون البرتقالي. وهذا يقلل من تركيز الأيونات في هذه الخلايا الباسطة، ما يزيد بدوره من جهد الماء في الخلايا الباسطة مقارنة بالخلايا القابضة، وهو ما يعني أن هذه الخلايا الباسطة تحتوي على عدد أكبر من جزيئات الماء الحرة التي يمكنها الانتقال بعيدًا عن طريق الخاصية الأسموزية.

وهذا يتسبب في التدفق السريع لجزيئات الماء، الموضحة باللون الأزرق، عن طريق الخاصية الأسموزية إلى خارج الخلايا الباسطة التي لها جهد ماء أعلى، ثم إلى الخلايا القابضة التي لها جهد ماء أقل. وبما أن الخلايا الباسطة قد فقدت الماء الذي تدفق إلى الخلايا القابضة في النبات الذي تعرض للتحفيز، فإن جهد الماء في الخلايا الباسطة يقل. ومن ثم تفقد الخلايا الباسطة بعضًا من ضغطها الانتفاخي، ويقل الانتفاخ. وعلى النقيض من ذلك، أصبح جهد الماء الآن أعلى في الخلايا القابضة، ومن ثم فإن الماء يؤثر بضغط انتفاخي على أغشيتها الخلوية أكبر من الضغط الموجود في الخلايا الباسطة. يمكنك ملاحظة هذا التغير في انتفاخ نوعي الخلايا المختلفين في الشكل الموجود هنا.

يمكننا أن نرى أيضًا كيف يؤدي هذا التغير في انتفاخ الخلايا الباسطة والقابضة إلى قيام انتفاخات قواعد الأوراق بدور يشبه دور المفاصل في الحركة، وطي الوريقات لأعلى. ومع انتشار الإشارة، تفقد الخلايا الباسطة في الانتفاخات الثانوية، وأخيرًا في الانتفاخات الأولية، الضغط الانتفاخي، وهو ما يتسبب في تدلي العنق لأسفل.

هذه الحركة التي وصفناها للتو مثال للحركة التأثيرية اللاانتحائية في النبات. الحركة التأثيرية اللاانتحائية هي المصطلح العام المستخدم لوصف الاستجابة اللااتجاهية لمثير ما، والتي لا تعتمد على اتجاه المثير. هذا يعني أنه في حالة نبات المستحية، بغض النظر عن اتجاه مثير اللمس، تطوى رييشات نبات المستحية دائمًا لأعلى بالطريقة نفسها، وتتدلى الأعناق دائمًا لأسفل. بشكل أكثر تحديدًا، هذه الحركة اللااتجاهية للنبات استجابة للمس، التي تناولناها للتو، تسمى الاستجابة الحركية للمس.

توجد حركة تأثيرية لاانتحائية أخرى تقوم بها نباتات المستحية تسمى الاستجابة الحركية للظلام، أو حركة اليقظة والنوم لأنها حركة الأوراق استجابة لدورات الضوء والظلام.

أوراق المستحية حساسة لحلول الليل. فخلال ساعات النهار، تكون الرييشات مفتوحة. وفي الليل، يكتشف النبات الانخفاض في شدة الضوء ودرجة الحرارة، ويحول ذلك إلى إشارة كهربية. وترسل هذه الإشارة على طول رييشات النبات، ما يؤدي إلى انغلاقها، وعلى طول الأعناق، ما يؤدي إلى تدليها، وهو ما يحدث على الأرجح بنفس آلية فقدان الماء في حالة الاستجابة الحركية للمس.

وعندما تشرق الشمس مرة أخرى، تزيد شدة الضوء ودرجة الحرارة مرة أخرى، وتتفتح الرييشات. ولهذا تسمى هذه العملية دورة الضوء والظلام.

ليس من الواضح بالضبط للعلماء لماذا تغلق نباتات المستحية أوراقها ليلًا، لكن دعونا نفكر في الميزة التطورية المحتملة للاستجابة الحركية للظلام عن طريق التفكير في الوظيفة الأساسية للأوراق. من خلال فتح الرييشات خلال ساعات النهار، يمكن لأجزاء النبات التي تقوم بالبناء الضوئي التقاط أكبر قدر ممكن من الضوء. هذا يعني أنها تستطيع إجراء عملية البناء الضوئي بمعدل مرتفع بما يكفي للبقاء على قيد الحياة والازدهار. فلا يمكن أن يحدث البناء الضوئي دون ضوء، لذا لا يوجد سبب لإبقاء الرييشات مفتوحة ليلًا، لكن لماذا يستهلك نبات المستحية الطاقة لإغلاقها؟

قد يؤدي إغلاق الرييشات ليلًا إلى منع تضرر النبات؛ إذ إن الرييشات المفتوحة أكثر عرضة لآكلات الأعشاب الجائعة والطقس القاسي. وقد يساعد إغلاقها أيضًا نبات المستحية في الحفاظ على الماء. والدورة اليومية لفتح الرييشات وإغلاقها قد تتطلب طاقة، لكنها يمكن أن تساعد النبات في البقاء على قيد الحياة على المدى الطويل. ومنع التعرض لآكلات الأعشاب هو الميزة الأكثر ترجيحًا التي تفسر تطور الاستجابة الحركية للمس في نبات المستحية. فانغلاق رييشات النبات استجابة للمس إحدى آكلات الأعشاب له أو لنباتات أخرى قريبة منه قد يجعل نبات المستحية يبدو أصغر حجمًا وأكثر ذبولًا وأقل جاذبية لآكلات العشب هذه، ما يصرفها عن التهامه، ومن ثم القضاء عليه.

وقد يكون حث الاستجابة الحركية للمس وسيلة مفيدة أيضًا لإبعاد الحشرات التي تحاول الوقوف على الأوراق وقد ترغب أيضًا في التهامها.

دعونا نختبر ما تعلمناه حتى الآن عن الإحساس في نبات المستحية من خلال حل سؤال تدريبي.

أكمل الجملة الآتية: يعتمد طي وفتح وريقات الميموزا على التغيرات في (فراغ) الانتفاخي.

دعونا نتناول هذا السؤال بمناقشة ما نعرفه بالفعل عن الانتفاخ وكيف يسهم في طي وريقات نبات المستحية وفتحها. جميع الخلايا النباتية، مثل الخلية الموضحة في هذا الشكل المبسط، تحتوي على الماء. ويساعد الضغط الذي يؤثر به الماء على الغشاء البلازمي لكل خلية في الحفاظ على شكل الخلية وصلابتها. وهذا يتيح للنبات البقاء منتصبًا، ويسمح للوريقات الموجودة على نبات المستحية بالبقاء مفتوحة. يسمى الضغط الذي يؤثر به الماء على الغشاء الخلوي بالضغط الانتفاخي، وهو يسمح لخلايا معينة في هذه الوريقة بالبقاء منتفخة.

وعند لمس أي وريقة، تتعرف النباتات على هذا التحفيز الميكانيكي وتحولها إلى إشارة كهربية. كل تركيب من التراكيب المتعددة الأصغر حجمًا والشبيهة بالأوراق الموجودة على الوريقة يسمى الرييشة. دعونا نكبر اثنتين من هذه الرييشات وموضع اتصالهما لنرى كيف قد يمكن أن يتغير الضغط الانتفاخي في خلايا معينة ليتسبب في انغلاق الوريقات. في الشكل الموجود على اليسار، يمكننا رؤية رييشتين متفرعتين من قاعدة الوريقة وانتفاخين يكونان تركيبين منتفخين يشبهان المفاصل عند قاعدة كل رييشة. التغيرات في الضغط الانتفاخي لخلايا معينة في الانتفاخين هي التي تسمح للوريقات بالانفتاح والانغلاق.

لنحذف بعضًا من هذه المسميات كي نتمكن من إلقاء نظرة فاحصة على هذه العملية. تسمى الخلايا الموجودة في النصف العلوي من كل انتفاخ بالخلايا الباسطة، وهي موضحة هنا باللون الوردي. وخلايا الجزء السفلي من كل انتفاخ تسمى الخلايا القابضة، وهي موضحة هنا باللون الأزرق. لعلك لاحظت أن الخلايا القابضة تبدو أقل انتفاخًا من الخلايا الباسطة. فجهد الماء بها أقل بعض الشيء، ومن ثم يكون الضغط الانتفاخي بها أقل بعض الشيء أيضًا. هذا يبقي الوريقات مفتوحة.

لكن عندما تصل إشارة كهربية إلى الانتفاخين، تتدفق الأيونات إلى خارج الخلايا الباسطة. وهذا يزيد من جهد الماء في الخلايا الباسطة، ومن ثم يتدفق الماء منها إلى الخلايا القابضة التي لها جهد ماء أقل نسبيًّا. وهذا يزيد من الضغط الانتفاخي في الخلايا القابضة، لكنه يقلل من الضغط في الخلايا الباسطة؛ لأنها تحتوي على كمية أقل من الماء. تؤدي التغيرات في الضغط الانتفاخي للخلايا القابضة والباسطة إلى تغير شكلها. فتصبح الخلايا القابضة أكبر وأكثر انتفاخًا، في حين تنكمش الخلايا الباسطة وتصبح أقل انتفاخًا. وهذا يتسبب في طي الرييشات لأعلى وإغلاق الوريقة مؤقتًا.

إذن يعتمد طي وفتح وريقات الميموزا على التغيرات في الضغط الانتفاخي.

لنلخص الآن ما تعلمناه عن الإحساس في نبات المستحية من خلال مراجعة النقاط الرئيسية الواردة في هذا الفيديو. توصف أوراق نباتات المستحية بأنها مركبة ريشية لأنها تتكون من عدة وريقات منفصلة تسمى ريشات وتتفرع من عنق ورقة واحد. وقد تعلمنا كيف يمكن لنبات المستحية أن يطوي وريقاته ويتدلى عند تحفيزه عن طريق اللمس أو الحرارة أو حتى حلول الليل. تسمى الحركة اللااتجاهية استجابة للمس بالاستجابة الحركية للمس، واستجابة لدورات الضوء والظلام بالاستجابة الحركية للظلام أو حركة اليقظة والنوم. هذه الاستجابات التي يظهرها نبات المستحية هي نتيجة للتغيرات في الضغط الانتفاخي للخلايا الموجودة في التراكيب الشبيهة بالمفاصل المسماة بانتفاخات قواعد الأوراق التي توجد عند قاعدة كل من الوريقات والأعناق.