فقدت مصيدة الذباب فينوس الطافرة هذه بشكل غامض قدرتها على “العد” حتى 5

في عام 2011 ، عثر عالم بستنة يُدعى ماتياس ماير على متحولة غير عادية من صائدة الذباب فينوس ، وهي نبات آكل للحوم يحبس ويتغذى على الحشرات. اكتشف العلماء مؤخرًا أن مصيدة ذباب فينوس النموذجية يمكنها بالفعل “العد” حتى خمسة ، مما أدى إلى مزيد من البحث حول كيفية إدارة النبات لهذا العمل الرائع. مصيدة الذباب الطافرة قد تحمل المفتاح. وفقًا لورقة بحثية جديدة نُشرت في مجلة Current Biology ، فإن مصيدة الذباب الطافرة هذه لا تنغلق استجابةً لتحفيز مثل فينوس flytraps النموذجي.

قال المؤلف المشارك راينر هيدريش ، عالم الفيزياء الحيوية في Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) في بافاريا ، ألمانيا: “من الواضح أن هذا المتحور قد نسي كيفية العد ، ولهذا السبب أطلقت عليه اسم Dyscalculia (DYSC)”. (كان يُطلق عليه سابقًا “خطأ”.)

كما ذكرنا سابقًا ، فإن صائدة الذباب فينوس تجذب فريستها برائحة الفواكه الممتعة. عندما تهبط حشرة على ورقة ، فإنها تحفز الشعر الزناد شديد الحساسية الذي يبطن الورقة. عندما يصبح الضغط قوياً بما يكفي لثني تلك الشعيرات ، فإن النبات سيغلق أوراقه ويحبس الحشرة في الداخل. تلتقط الأهداب الطويلة الحشرة وتثبتها في مكانها ، مثل الأصابع ، حيث يبدأ النبات في إفراز العصارات الهضمية. يتم هضم الحشرة ببطء على مدى خمسة إلى 12 يومًا ، وبعد ذلك يتم إعادة فتح المصيدة ، وإطلاق قشر الحشرة الجاف في الريح.

في عام 2016 ، قاد هيدريش فريق العلماء الألمان الذين اكتشفوا أن مصيدة فينوس يمكنها بالفعل “حساب” عدد المرات التي يلامس فيها شيء ما أوراقها المبطنة بالشعر – وهي قدرة تساعد النبات على التمييز بين وجود فريسة وجوزة صغيرة أو حجر ، أو حتى حشرة ميتة. قام العلماء بصعق أوراق نباتات الاختبار بنبضات ميكانيكية كهربائية ذات شدة مختلفة وقاموا بقياس الاستجابات. اتضح أن النبات يكتشف “جهد الفعل” الأول ولكنه لا ينغلق على الفور ، وينتظر حتى يؤكد الانطلاق الثاني وجود فريسة فعلية ، وعند هذه النقطة يتم إغلاق المصيدة.

لكن مصيدة الذباب فينوس لا تغلق كل الطريق وتنتج إنزيمات هضمية لتلتهم الفريسة حتى يتم تحفيز الشعر ثلاث مرات أخرى (ليصبح المجموع خمس محفزات). شبّه العلماء الألمان هذا السلوك بإجراء تحليل أولي للتكلفة والعائد ، حيث تساعد المحفزات المحفزة مصيدة الذباب فينوس على تحديد الحجم والمحتوى الغذائي لأي فريسة محتملة تكافح في ما إذا كانت تستحق الجهد المبذول. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فإن المصيدة ستطلق كل ما تم القبض عليه في غضون 12 ساعة أو نحو ذلك.

في عام 2020 ، عدل العلماء اليابانيون مصيدة ذباب فينوس وراثيًا بحيث تضيء باللون الأخضر استجابةً لتحفيز خارجي ، مما أسفر عن أدلة مهمة حول كيفية عمل “ذاكرة” النبات قصيرة المدى. لقد أدخلوا جينًا لبروتين مستشعر الكالسيوم يسمى GCaMP6 ، والذي يضيء باللون الأخضر كلما ارتبط بالكالسيوم. سمح هذا التألق الأخضر للفريق بالتتبع البصري للتغيرات في تركيزات الكالسيوم استجابةً لتحفيز الشعر الحساس للنبات بإبرة.

دعمت النتائج الفرضية القائلة بأن الحافز الأول يؤدي إلى إطلاق الكالسيوم ، لكن التركيز لا يصل إلى العتبة الحرجة التي تشير إلى إغلاق المصيدة دون التدفق الثاني للكالسيوم من المنبه الثاني. يجب أن يحدث هذا التحفيز الثاني في غضون 30 ثانية ، لأن تركيزات الكالسيوم تنخفض بمرور الوقت. إذا استغرق الأمر أكثر من 30 ثانية بين المنبهين الأول والثاني ، فلن ينغلق المصيدة. لذلك يبدو أن تشميع وتضاؤل ​​تركيزات الكالسيوم في الخلايا الورقية بالفعل بمثابة نوع من الذاكرة قصيرة المدى لفينوس صائدة الذباب ، على الرغم من أن كيفية عمل تركيزات الكالسيوم مع الشبكة الكهربائية للنبات لا تزال غير واضحة.

لا يبدو أن هذا هو الحال مع DYSC ، على الرغم من أنه بخلاف ذلك “لا يمكن تمييزه بشكل أساسي” عن Venus flytraps في البرية. لا يغلق DYSC استجابةً لمحفزين حسيين ، ولا يعالج فريسته استجابةً لمحفزات إضافية. بطبيعة الحال ، هيدريش وآخرون. أردت معرفة السبب. قاموا بشراء فينوس flytraps البرية و DYSC flytraps المتحولة وأجروا تجارب متوازية: تحفيز النباتات ميكانيكيًا وقياس إمكانات العمل ، ورش النباتات بهرمون ملامس يسمى حمض jasmonic ، وهو أمر حاسم لمعالجة الفريسة.

وجد هيدريش وفريقه أن الطفرة لا يبدو أنها تؤثر على جهد الفعل أو إشارة الكالسيوم الأساسية في أول مرحلة ثنائية العد من العملية. تعمل جهود الفعل على إطلاق النار ، لكن المصيدة لا تنغلق ، مما يشير إلى أن التنشيط اللمسي لإشارات الكالسيوم قد تم قمعه. علاوة على ذلك ، اشتبه العلماء في وجود خلل أثر في فك إشارة الكالسيوم. لم يؤد استخدام حمض الجاسمونيك إلى حل المشكلة مع فشل الإغلاق السريع للمصيدة ، ولكنه استعاد القدرة على معالجة الفريسة.

بعد ذلك ، فحص المؤلف المشارك إيناس كروزر أنماط التعبير الجيني في الجينات الطافرة لاكتشاف أي تغييرات قد تفسر ذلك. كانت قادرة على تضييق المشتبه بهم المحتمل وصولهم إلى عدد قليل من مكونات فك التشفير ، والتي ترتبط بالكالسيوم وبالتالي تعدل بعض البروتينات المستجيبة – وعلى الأخص إنزيم يسمى LOX3 ، والذي يلعب دورًا حيويًا في التخليق الحيوي لحمض الياسمين. الخطوة التالية هي النظر عن كثب إلى البروتينات المعدلة وتغيير نشاطها عندما تتلامس الفريسة مع DYSC. قال هيدريش: “بهذه الطريقة ، نريد إغلاق الدائرة ومعرفة ما يفعله المصنع لتمييز الأرقام عن بعضها البعض – أي كيف تُحسب”.

DOI: Current Biology، 2023. 10.1016 / j.cub.2022.12.058 (حول DOIs).

صورة القائمة بواسطة Naturfoto Honal | جيتي