كشفت دراسة أن نباتًا يابانيًا يولّد الحرارة ويذيب الثلوج في البرد القارس

يمكن للنبات النموذجي للغابات الباردة في شرق آسيا وأمريكا الشمالية أن يولد حرارة كافية لإذابة الثلوج المحيطة به. تحدث هذه العملية حتى عندما تنخفض درجة الحرارة المحيطة إلى عشر درجات تحت الصفر. ويتابع الباحثون هذه الظاهرة منذ عقود، وقدمت دراسة نشرت عام 2024 تفاصيل جديدة حول عملها الداخلي.

هذا النوع، المعروف باللغة اليابانية باسم zazen-sou، له قنابات أرجوانية ذات بقع ورائحة قوية. تزهر مبكراً حتى في نهاية الشتاء في المناطق الرطبة أو بالقرب من المستنقعات. على عكس معظم النباتات التي تعتمد على الشمس أو البيئة للحصول على الحرارة، تنتج هذه الزهرة الحرارة بشكل فعال في أنسجتها التناسلية.

يقوم البروتين البديل بتحويل الطاقة لتوليد الحرارة

تأتي الحرارة من تعديل التنفس الخلوي داخل الميتوكوندريا. عادة، تنتج سلسلة نقل الإلكترون ATP، عملة الطاقة للخلايا. في زازن سو، يلعب بروتين يسمى أوكسيديز البديل، أو AOX، دورًا.

إنه ينحرف بعض الإلكترونات ويطلق حوالي ستة بالمائة من طاقة الجلوكوز مباشرة على شكل حرارة. وهذا المسار أقل كفاءة في إنتاج طاقة قابلة للتخزين، ولكنه يساعد النبات في الظروف القاسية.

• يحافظ AOX على تعبير عالي أثناء مرحلة إنتاج الحرارة في الزهور الصغيرة.
• يتم تثبيط مسار السيتوكروم التقليدي بسبب وجود كبريتيد الهيدروجين في درجات حرارة منخفضة.
• ونتيجة لذلك، يعطي المصنع الأولوية لتوليد الحرارة على ATP.
• يعمل العضو المركزي، المسمى Spadix، كنقطة رئيسية للتوليد الحراري.

يسمح هذا المزيج ببقاء الباديكس في درجة حرارة تتراوح بين 22 و26 درجة مئوية لمدة أسبوع تقريبًا، بغض النظر عن البرودة الخارجية.

التنظيم الحراري الفريد بين النباتات التي تمت دراستها

يحيط بالباديكس سباديكس، وهو هيكل يشبه ورقة معدلة. في الداخل، تظل درجة الحرارة مستقرة بما يكفي لإذابة الثلوج المتراكمة. تنجذب الحشرات الملقحة إلى الحرارة والرائحة المميزة التي يصفها البعض بأنها كريهة.

لاحظ العلماء أن عددًا قليلًا من الأنواع النباتية لديها مثل هذا التوليد الحراري المتحكم فيه. تتميز زازن سو بقدرتها على تنظيم الحرارة لعدة أيام في المرة الواحدة. سجلت الدراسات السابقة هذه الظاهرة بالفعل، لكن الدور الدقيق لـ AOX وتثبيط السيتوكروم أصبح أكثر وضوحًا مع البيانات الأحدث.

يتواجد النبات في كل من آسيا وأمريكا الشمالية، مع اختلافات طفيفة في الاسم العلمي. وفي كلتا الحالتين، تكرر الآلية الأساسية نفسها. تظهر الأبحاث الميدانية أن الإزهار يحدث خلال الفترات التي تظل فيها الأنواع الأخرى نائمة تحت الثلج.

دراسة 2024 تعزز تفاصيل العملية الخلوية

قام العمل المنشور في مجلة فسيولوجيا النبات بتحليل التعبير الجيني أثناء مراحل التسخين. تشير النتائج إلى أن كثافة AOX لا تختلف كثيرًا بينما تنتج الزهرة الحرارة. وفي الوقت نفسه، يعمل كبريتيد الهيدروجين كمنظم طبيعي يبطئ مسار إنتاج ATP الرئيسي.

يعمل هذا الإجراء المزدوج على تحسين استخدام الموارد في بيئة معادية. يستخدم المصنع الطاقة لتوليد الحرارة، لكنه يضمن التكاثر في وقت استراتيجي من العام. ويعتبر علماء الأحياء هذه الحالة مثالا نادرا على التكيف الفسيولوجي.

الطلع، وهو هيكل لحمي في وسط الزهرة، يركز النشاط. يبقى دافئًا حتى عندما يكون الهواء المحيط به متجمدًا. قامت فرق البحث بقياس اختلافات في درجات الحرارة تصل إلى 36 درجة بين داخل الزهرة وخارجها.

التكيف يساعد على البقاء في النظم البيئية الباردة

تشهد الغابات وحواف المستنقعات في نصف الكرة الشمالي فترات طويلة من تساقط الثلوج. إن القدرة على إذابة الجليد المحيط تخلق بيئة دقيقة مناسبة للتلقيح. تجد الحشرات التي تظهر مبكرًا مكانًا دافئًا وجذابًا.

يساعد اللون الأرجواني في الرؤية والاحتفاظ بالحرارة. وتكمل الرائحة القوية مجموعة الإشارات لجذب الزوار. على الرغم من أن الرائحة قد تبدو مثيرة للاشمئزاز للإنسان، إلا أنها تؤدي وظيفة بيئية محددة.

تستمر الأبحاث في رسم خريطة للاختلافات بين سكان آسيا وأمريكا الشمالية. حتى الآن، تم الحفاظ على الآلية المركزية للتوليد الحراري. يراقب العلماء ما إذا كان تغير المناخ يمكن أن يغير دورة النبات أو مدة الاحترار.

تظهر البيانات الحالية أن الزهرة تحافظ على الأداء الحراري حتى في سنوات الشتاء القاسي. التنظيم الداخلي يحمي الأنسجة التناسلية من الصقيع لفترات طويلة.