كيف تتكيف النباتات للبقاء على قيد الحياة في ظل تغير المناخ

العالم الطبيعي في حالة تغير مستمر، ولكن القليل من التغيرات كانت سريعة أو بعيدة المدى مثل تلك التي جلبها تغير المناخ.

ارتفاع درجات الحرارة، وتغير أنماط هطول الأمطار، والأحداث الجوية المتطرفة تعمل على تحويل النظم البيئية في جميع أنحاء العالم.

وعلى النقيض من الحيوانات، لا تستطيع النباتات أن تتحرك للهروب من هذه التغيرات، بل يتعين عليها بدلاً من ذلك أن تتكيف مع مكان تواجدها، فتبتكر طرقاً جديدة للتعامل مع الحرارة والجفاف والفصول غير المتوقعة.

هذا التحدي ملح بشكل خاص بالنسبة للمحاصيل، التي توفر الغذاء لمليارات البشر.

وتعتمد الأنظمة الزراعية على النباتات القادرة على تحمل الظروف القاسية مع الحفاظ على إنتاجية عالية.

وتظهر بعض الأنواع، مثل نبات أرابيدوبسيس ثاليانا، قدرة ملحوظة على التكيف، حيث تزدهر في بيئات مختلفة إلى حد كبير مثل السويد وإيطاليا.

ومن خلال فهم كيفية تكيف النباتات بشكل طبيعي مع المناخات المختلفة، يمكن للعلماء تطوير محاصيل أقوى وأكثر مرونة يمكنها دعم الأجيال القادمة في عالم لا يمكن التنبؤ به على نحو متزايد.

النباتات والتكيف مع المناخ

لكل نوع من أنواع النباتات طريقة فريدة في الاستجابة للضغوط البيئية، فبعضها ينمو بجذور أعمق للوصول إلى الماء، في حين يغير البعض الآخر دوراته التكاثرية لتتناسب مع تغير الفصول.

لا تحدث هذه التكيفات بشكل عشوائي؛ بل إنها متجذرة في التغيرات الجينية التي تساعد النباتات على البقاء في ظروف معينة، ومع ذلك، لا يزال العلماء يعملون على الكشف عن الآليات الجينية الدقيقة التي تحرك هذه التغيرات.

تقدم دراسة حديثة نظرة جديدة إلى هذه العملية، فمن خلال الجمع بين علم الوراثة السكانية وبيانات المناخ العالمي، تمكن الباحثون من تحديد المتغيرات الجينية الرئيسية التي تساعد النباتات على التكيف مع المناخات المختلفة.

نُشرت الدراسة في مجلة Current Biology ، حيث تركز على Marchantia polymorpha ، وهو نبات كبدي ينمو في بيئات متنوعة عبر أوروبا وأمريكا واليابان.

أجرى البحث علماء من معهد جريجور مندل لعلم الأحياء الجزيئي للنباتات، ومركز علوم النبات في أوميا، وجامعة هيروشيما.
وتكشف النتائج عن تفاصيل مهمة حول كيفية تطور النباتات استجابة للضغوط المناخية.

جينات النبات من أجل البقاء في ظل المناخ

لقد أدرك العلماء منذ فترة طويلة أن بعض السمات الوراثية توفر مزايا في بيئات معينة. فالنباتات في المناطق القاحلة تميل إلى تطوير هياكل قادرة على الاحتفاظ بالمياه، في حين تنتج النباتات في المناخات الباردة غالبًا بروتينات مضادة للتجمد لمنع تلف الخلايا، ومع ذلك، فإن تحديد المتغيرات الوراثية التي تتحكم في هذه السمات يظل يشكل تحديًا كبيرًا.

ولمعالجة هذه المشكلة، جمع الباحثون عينات جينية من مجموعات مختلفة من نبات Marchantia polymorpha في مختلف أنحاء أوروبا وأميركا واليابان.

ومن خلال دمج هذه البيانات الجينية مع مجموعة بيانات مناخية عالمية، قاموا بتحليل كيفية توافق الملف الجيني لكل مجموعة فرعية مع مناخها المحلي.

وقال ليام دولان، أحد المشاركين في الدراسة: “عند مقارنة السكان في أوروبا واليابان، وجدنا متغيرات جينية مرتبطة بدرجات حرارة الصيف الأكثر دفئًا وبرودة، وكذلك بكمية الأمطار الصيفية، وقد تكون هذه التكيفات حاسمة لتحسين التكاثر في ظروف مختلفة”.

ولم يسلط التحليل الضوء على التغيرات الجينية المحددة المرتبطة بدرجة الحرارة وهطول الأمطار فحسب، بل كشف أيضًا عن أنماط أوسع في كيفية تكيف النباتات مع محيطها .

الاختلافات الإقليمية في التكيف الجيني

وكان أحد أبرز النتائج التي توصلت إليها الدراسة هو الاختلاف في التنوع الجيني بين مجموعات Marchantia polymorpha من مناطق مختلفة.

في أوروبا، أظهرت التجمعات السكانية تباينًا وراثيًا كبيرًا بين الأفراد ولكنها ظلت متشابهة وراثيًا عبر مواقع مختلفة.

ويشير هذا إلى أن النباتات في هذه المناطق حافظت على مجموعة واسعة من الأدوات الوراثية للتعامل مع الظروف البيئية المتنوعة .

وعلى النقيض من ذلك، أظهرت المجتمعات اليابانية بنية وراثية أكثر تجانساً.

ونظراً لأن هذه المجتمعات معزولة جغرافياً، فربما تكون قد تطورت في ظل ضغوط بيئية أكثر اتساقاً، الأمر الذي أدى إلى تنوع وراثي أقل.

وتشير هذه الاختلافات إلى أن التكيف مع المناخ ربما يشكل استراتيجيات التكاثر بطرق فريدة.

يمكن لنبات Marchantia polymorpha ، مثل العديد من النباتات الطحلبية، أن يتكاثر جنسيًا ولاجنسيًا، تمنحه هذه المرونة ميزة في البيئات المتغيرة. في حين أن الأفراد الذين يتكاثرون جنسيًا يمكنهم توليد التنوع الجيني، فإن التكاثر اللاجنسي يسمح للنباتات باستعمار الموائل المناسبة بسرعة.

فهم كيفية اختلاف هذه الاستراتيجيات بين السكان يساعد العلماء على تجميع الصورة الأكبر للتكيف النباتي.

قاعدة بيانات الجينات النباتية تساعد في أبحاث المناخ

ومن أهم نتائج الدراسة إنشاء قاعدة بيانات جينومية سكانية لـ Marchantia polymorpha .

يتيح هذا المورد للعلماء فحص التنوع الجيني بمزيد من التفصيل، مما يوفر أساسًا للأبحاث المستقبلية.

إنه أول قاعدة بيانات من نوعها لهذا النوع ويمكن أن تكون بمثابة نموذج لدراسة النباتات الأخرى.

وقال دولان: “نحن حريصون على توسيع قاعدة البيانات هذه بعينات من مختلف أنحاء العالم، مما يعزز من قوة الأبحاث المستقبلية، وتفتح منصتنا إمكانيات مثيرة لمعالجة مجموعة واسعة من الأسئلة البيولوجية المتعلقة بنمو النبات وتطوره”.

ومن خلال دمج المزيد من العينات من مناخات مختلفة، يستطيع الباحثون تحسين فهمهم لكيفية مساهمة التنوع الجيني في بقاء النباتات.

وقد تساعد هذه المعلومات العلماء في تحديد الجينات التي تعمل على تحسين قدرة المحاصيل على تحمل الجفاف، أو مقاومة الأمراض، أو التكيف مع درجات الحرارة.

التداعيات على الأمن الغذائي

يشكل تغير المناخ أحد أكبر التحديات التي تواجه الزراعة الحديثة.

فارتفاع درجات الحرارة وأنماط الطقس غير المتوقعة تهدد الإنتاج الغذائي العالمي، مما يجعل من المهم أكثر من أي وقت مضى تطوير محاصيل قادرة على الصمود.

الدراسات مثل هذه تقدم لمحة عن كيفية تعامل النباتات بشكل طبيعي مع الضغوط البيئية.

ومن خلال تحديد العوامل الوراثية التي تدعم التكيف، يمكن للعلماء تطبيق هذه الرؤى على برامج تربية المحاصيل.

تطوير المحاصيل المقاومة للتغيرات المناخية لا يتعلق فقط بتحسين الغلة؛ بل يتعلق أيضًا بضمان استقرار إنتاج الغذاء في عالم متغير.

ويمكن لبرامج التربية استخدام المعرفة المكتسبة من هذا البحث لاختيار السمات التي تعزز البقاء في ظل الظروف القاسية.

إذا ساعدت بعض المتغيرات الجينية نبات Marchantia polymorpha على تحمل الحرارة أو الجفاف، فيمكن إدخال سمات مماثلة إلى المحاصيل الأساسية مثل القمح والأرز والذرة.

مستقبل أبحاث التكيف مع النباتات

تشكل هذه الدراسة خطوة مهمة في فهم تكيف النباتات على المستوى الجيني، ولكنها ليست سوى البداية.

توسيع قاعدة البيانات الجينية وإجراء المزيد من البحوث على الأنواع النباتية المختلفة من شأنه أن يوفر صورة أكثر وضوحًا لكيفية تطور النباتات استجابة لتغير المناخ.

ومع استمرار العلماء في استكشاف علم الوراثة النباتية، فقد يكتشفون المزيد من الطرق التي تتكيف بها النباتات بشكل طبيعي مع بيئاتها.

وقد تؤدي المعرفة المكتسبة من هذه الدراسات إلى إحداث ثورة في الزراعة، واستراتيجيات الحفاظ على البيئة، والقدرة على التكيف مع تغير المناخ.

في الوقت الحالي، تعمل Marchantia polymorpha كنموذج قيم لدراسة التكيف الجيني، قدرتها على النمو في مناخات متنوعة تقدم مثالاً قوياً لقدرة الطبيعة على التغيير.

ومن خلال فك رموز الأسرار الجينية، يقترب العلماء خطوة أخرى نحو ضمان مستقبل مستقر ومستدام للحياة النباتية على الأرض.