چطور گیاهان از سیگنال‌های الکتریکی برای انتقال اطلاعات استفاده می کنند؟

گرگ گیج عصب‌شناس، تجهیزات پیچیده‌ای که از آنها برای مطالعه مغز در آزمایشگا‌های سطح بالا استفاده می‌شود را برمی‌دارد و به کلاس درس مدارس راهنمایی و دبیرستان می‌برد.

برای شگفت‌زده شدن آماده شوید، چون قرار است او میموزا پودیکا، گیاهی که وقتی لمس می‌شود برگ‌هایش بسته می‌شوند، و ونوس مگس‌خوار را به الکتروکاردیوگرام(دستگاه ثبت ضربان قلب به وسیله برق) وصل کند تا به ما نشان دهد چطور گیاهان از سیگنال‌های الکتریکی برای انتقال اطلاعات، حرکت سریع و حتی شمردن استفاده می‌کنند.

آیا گیاهان مغز دارند؟

من عصب‌شناس هستم، و من یکی از موسسان مغزهای حیات خلوت هستم، و مأموریت ما آموزش نسل آینده عصب‌شناسان با بردن تجهیزات پیشرفته تحقیقات عصب‌شناسی و در دسترس بچه‌های مدارس راهنمایی و دبیرستان قرار دادن آنها است.

پس وقتی سر کلاس می‌رویم، یکی از راه‌های به فکر واداشتن آنها درباره مغز که بسیار پیچیده است، پرسیدن سوالی ساده درباره عصب‌شناسی از آنهاست، و آن این است، “چی مغز دارد؟”

چی مغز دارد؟
چی مغز دارد؟

وقتی این را می‌پرسیم، دانش‌آموزان بلافاصله انواع حیوانات، حشرات و غیره را مثال می زنند، اما تقریباً هیچ‌کس نمی‌گوید که یک گیاه یا یک درخت یا یک بوته هم مغز دارد.

و خوب وقتی، چون درواقع شرح دادن نحوه عملکرد مغز می‌تواند کمی کمک کند، پس جلو می‌روید و می‌گویید، “خوب، چه چیزی باعث می‌شود موجودات زنده مغز داشته باشند یا نداشته باشند؟”

و معمولاً آنها دسته‌بندی می‌کنند که چیزهایی که حرکت می‌کنند مغز دارند. و کاملاً درست است. دستگاه عصبی ما تکامل یافته است چون الکتریکی است. سریع است، تا بتوانیم به سرعت به محرک‌های خارجی واکنش نشان دهیم، و اگر لازم شد حرکت کنیم.

اما اگر سراغ یک دانش آموز بروید، و بگویید، “خوب، می‌دانید، شما می‌گویید گیاهان مغز ندارند، اما آنها هم حرکت می‌کنند.” هر کس گیاهی را بزرگ کرده باشد می‌داند که گیاهان هم حرکت می‌کنند و رو به خورشید قرار می‌گیرند.

اما آنها خواهند گفت، “اما آن حرکت آهسته است. می‌دانی، به حساب نمی‌آید. می‌تواند یک فرآیند شیمیایی باشد.” اما گیاهانی که سریع حرکت می‌کنند چطور؟

گیاهی که می تواند بشمرد!

گیاهی-که-می-تواند-بشمرد!
گیاهی-که-می-تواند-بشمرد!

خوب، در سال ۱۷۶۰، آرتور دابز حاکم سلطنتی کارولینای شمالی، کشف بسیار جالبی کرد. او در باتلاق پشت خانه‌اش، گیاهی پیدا کرد که هر بار مگسی در میان آن می‌افتاد مثل فنر بسته می‌شد. او نام این گیاه را مگس‌خوار گذاشت.

و در طول یک دهه، این گیاه به اروپا رسید، جایی که در نهایت چارلز داروین بزرگ فرصت مطالعه این گیاه را پیدا کرد، و این گیاه او را بسیار متحیر نمود. او آن گیاه را شگفت‌انگیزترین گیاه دنیا نامید. این گیاه یک اعجوبه تکاملی بود.

این گیاه می‌توانست سریع حرکت کند، که نادر بود، و گوشت‌خوار بود، که این هم نادر بود. و این همان گیاه است. اما امروز من اینجا هستم تا به شما بگویم که حتی این هم باحال‌ترین نکته درباره این گیاه نیست. باحال‌تر از همه این است که این گیاه می‌تواند بشمارد.

آزمایش الکتروفیزیولوژی

آزمایش-الکتروفیزیولوژی
آزمایش-الکتروفیزیولوژی

پس برای نشان دادن آن، باید چند کلمه را از سر راه برداریم. خوب می‌خواهم کاری را بکنم که سر کلاس با دانش‌آموزان انجام می‌دهیم. می‌خواهیم آزمایشی درباره الکتروفیزیولوژی انجام دهیم، که ثبت سیگنال‌های الکتریکی بدن است، که از نورون‌ها یا ماهیچه‌ها می‌آیند.

چند الکترود را روی مچ‌هایم می‌گذارم. و آنها را وصل می‌کنم، الان می‌توانیم سیگنالی را اینجا روی نمایشگر ببینیم. و شاید این سیگنال برایتان آشنا باشد. این دستگاه EKG، یا الکتروکاردیوگرام(دستگاه ثبت ضربان قلب به وسیله برق) نام دارد.

و این از نورون‌های قلب من می‌آید که چیزی به نام پتانسیل فعالیت را فعال می‌کنند، پتانسیل یعنی ولتاژ و فعالیت یعنی به سرعت بالا و پایین می‌رود، که باعث کار کردن قلب من می‌شود، که آن هم سیگنالی که اینجا می‌بینید را ایجاد می‌کند.

و از شما می‌خواهم شکل چیزی که اینجا خواهید دید را به خاطر بسپارید، چون مهم خواهد بود. این یکی از راه‌های رمزگذاری اطلاعات توسط مغز است به صورت یک پتانسیل فعالیت.

گیاه میموسای حساس

خوب حالا بیایید سراغ چند گیاه برویم. اول می‌خواهم شما را با میموسا آشنا کنم، این گیاهی است که در آمریکای مرکزی و جنوبی یافت می‌شود، و رفتارهایی از خود نشان می‌دهد.

رفتار ۱:

اولین رفتاری که می‌خواهم به شما نشان دهم این است که اگر به برگ‌ها در اینجا دست بزنید، خواهید دید که برگ‌ها جمع می‌شوند.

رفتار ۲:

و رفتار دوم اینکه اگر به برگ ضربه بزنم، به نظر می‌رسد کل شاخه دارد می‌افتد. خوب چرا این کار را می‌کند؟ علت آن به درستی برای علم شناخته شده نیست. یکی از دلایل می‌تواند ترساندن حشرات باشد یا اینکه از جذابیت آن برای گیاه‌خواران می‌کاهد.

گیاه-میموسا-بعد-از-واکنش
گیاه-میموسا-بعد-از-واکنش

[

چرا برگ های میموسا جمع می شوند؟

اما، چطور این کار را می‌کند؟ خوب، این جالب است. می‌توانیم برای فهمیدن آن آزمایشی انجام دهیم.

خوب کاری که الان می‌خواهیم انجام دهیم، درست مثل وقتی که پتانسیل الکتریکی بدنم را اندازه گرفتم، می‌خواهیم پتانسیل الکتریکی این گیاه، این میموسا را اندازه بگیریم. و کاری که می‌خواهیم بکنیم این است که سیمی دور شاخه تابیده‌ایم و الکترود اتصال زمین کجاست؟ توی زمین. یه جوک مهندسی الکترونیک بود. خیلی خوب.

خیلی خوب. حالا می‌خواهم به این برگ ضربه بزنم، و می‌خواهم به فعالیت الکتریکی که درون گیاه خواهیم دید نگاه کنم. واو. خیلی بزرگ است، باید مقیاس را بزرگتر کنم. خیلی خوب. این چیست؟ این پتانسیل فعالیتی است که درون گیاه در حال به وقوع پیوستن است. چرا این اتفاق می‌افتاد؟ چون می‌خواست حرکت کند.

فعالیت-الکتریکی-گیاه-میموسا
فعالیت-الکتریکی-گیاه-میموسا

خوب؟ و وقتی من به گیرنده‌های لمس ضربه می‌زنم، ولتاژی را به انتهای ساقه می‌فرستند، که باعث حرکت آن می‌شود. و حالا، در بازوهای ما، ما ماهیچه‌هایمان را حرکت می‌دهیم، اما گیاه ماهیچه ندارد.چیزی که دارد آب درون سلول‌هاست و وقتی ولتاز با سلول برخورد می‌کند، باز می‌شود و آب را آزاد می‌کند، و شکل سلول را عوض می‌کند، و برگ می‌افتد.

خوب. پس اینجا یک پتانسیل فعالیت می‌بینیم که اطلاعات حرکت را رمزگذاری می‌کند. خوب؟ اما بیشتر از این هم می‌تواند انجام دهد؟ خوب بیایید جواب را پیدا کنیم.

گیاه ونوس مگس‌خوار

به سراغ دوست خوبمان ونوس مگس‌خوار می‌رویم، و به اتفاقات درون برگ وقتی پشه آنجا می‌نشیند نگاهی خواهیم انداخت. پس حالا وانمود می‌کنم که پشه هستم. و حالا این ونوس مگس‌خوار من است، و درون برگ سه موی کوچک را می‌بینید، که همان موهای تحریک کننده هستند.

بنابراین وقتی یک پشه می‌نشیند، الان می‌خواهم به یکی از موها دست بزنم. آماده؟ یک، دو، سه. چه چیزی گیرمان آمد؟ یک پتانسیل فعالیت زیبا. با این وجود، مگس‌خوار بسته نمی‌شود.

پتانسیل-فعالیت-ونوس-مگس‌خوار
پتانسیل-فعالیت-ونوس-مگس‌خوار

برای فهمیدن علت آن، باید کمی بیشتر درباره رفتار مگس‌خوار بدانیم.

  • اول اینکه خیلی طول می‌کشد تا دوباره تله باز شود. می‌دانید، اگر مگسی داخل آن نباشد ۲۴ تا ۴۸ ساعت طول می‌کشد. و خوب انرژی زیادی می‌برد.
  • دوم، نیازی ندارد در طول سال پشه زیادی بخورد. فقط یک مشت. بیشتر انرژی‌اش را از خورشید می‌گیرد. فقط می‌خواهد بعضی مواد مغذی را به جای خاک از مگس تأمین کند.
  • و نکته سوم اینکه، تله‌ها قبل از اینکه بمیرند فقط چند بار باز و بسته می‌شوند. بنابراین، واقعاً باید مطمئن شود که یک وعده غذایی درون آن است تا بسته شود.

چگونه ونوس مگس‌خوار شکار را تشخیص می دهد؟

خوب چطور این کار را می‌کند؟ تعداد ثانیه‌های میان تماس‌های پی در پی آن موها را می‌شمارد. بنابراین ایده این است که اگر با احتمال زیاد پشه‌ای داخل آن بود آن وقت بسته شود، پس وقتی اولین پتانسیل فعالیت را دریافت می‌کند، شروع به شمردن می‌کند، یک، دو، و اگر به ۲۰ رسید و دوباره تحریک نشد، بسته نخواهد شد، اما اگر دوباره تحریک شود، مگس‌خوار بسته خواهد شد.

بسته-شدن-ونوس-مگس-خوار
بسته-شدن-ونوس-مگس-خوار

خوب حالا برمی‌گردیم. دوباره می‌خواهم ونوس مگس‌خوار را لمس کنم بیشتر از ۲۰ ثانیه است که دارم صحبت می‌کنم. پس می‌بینیم که وقتی مو را دوباره لمس می‌کنم چه اتفاقی می‌افتد. خوب چی می‌گیریم؟ یک پتانسیل فعالیت دیگر می‌گیریم، اما دوباره، برگ بسته نمی‌شود.

حال اگر دوباره آن داخل برگردم و اگر پشه‌ای باشم که به اطراف حرکت می‌کند، چند بار برگ را لمس خواهم کرد. چند بار آن را شانه می‌کشم. و بلافاصله، مگس‌خوار بسته می‌شود. پس اینجا مگس‌خوار را می‌بینیم که درواقع در حال شمارش است. تصمیم می‌گیرد که آیا مگسی داخل تله هست یا نه، بعد بسته می‌شود.

گیاهان مغز ندارند، پتانسیل فعالیت دارند!

خوب بیایید سراغ سؤال اصلی‌مان برگردیم. آیا گیاهان مغز دارند؟ خوب، پاسخ منفی است. مغزی درون آنها نیست. هیچ آکسونی نیست، هیچ نورونی نیست. افسرده نمی‌شود. نمی‌خواهد بداند امتیاز تایگرز چقدر است. مشکل خودشکوفایی ندارد.

اما چیزی که دارد چیزی بسیار شبیه به ماست، و آن توانایی ارتباط به وسیله الکتریسیته است. تنها از یون‌هایی کمی متفاوت با ما استفاده می‌کند، اما درواقع همان کار را انجام می‌دهد.

خوب برای نشان دادن طبیعت همه گیر این پتانسیل‌های فعالیت، آنها را در ونوس مگس‌خوار دیدیم، پتانسیل فعالیتی هم در میموسا دیدیم. و حتی پتانسیل فعالیت را در انسان مشاهده کردیم.

خوب، این یوروی مغز است. این راهی است که تمام اطلاعات حرکت می‌کنند. و خوب کاری که می‌توانیم بکنیم این است که می‌توانیم از آن پتانسیل‌های فعالیت برای انتقال اطلاعات بین گونه‌های گیاهان استفاده کنیم.

استفاده از پتانسیل فعالیت برای انتقال اطلاعات بین گونه‌های گیاهان

پس این ارتباط دهنده درون گونه‌ایِ گیاه به گیاه ماست، و کاری که ما کرده‌ایم این است که آزمایشی کاملاً جدید ترتیب داده‌ایم که در آن پتانسیل فعالیت را از ونوس مگس‌خوار ضبط می‌کنیم، و آن را به میموسای حساس می‌فرستیم.

خوب می‌خواهم اتفاقی که وقتی به برگ‌های میموسا دست می‌زنم را یادآوری کنم. گیرنده‌های لمسی دارد که آن اطلاعات را به صورت یک پتانسیل فعالیت به پایین می‌فرستند. و اگر پتانسیل فعالیت را از ونوس مگس‌خوار بگیریم و به تمام ساقه‌های میموسا بفرستیم چه اتفاقی خواهد افتاد؟ باید بتوانیم رفتار میموسا را بدون دست زدن به آن بازسازی کنیم.

استفاده-از-گیاهان-برای-آموزش-عصب‌شناسی
استفاده-از-گیاهان-برای-آموزش-عصب‌شناسی

استفاده از گیاهان برای آموزش عصب‌شناسی و پیش برد انقلاب عصبی

و اگر اجازه بدهید، می‌خواهم الان این میموسا را با دست زدن به موی ونوس مگس‌خوار تحریک کنم. پس داریم اطلاعات لامسه را از گیاهی به گیاه دیگر انتقال می‌دهیم.مشاهده می‌کنید. پس امیدوارم امروز کمی درباره گیاهان چیز یاد گرفته باشید، و نه فقط این. یاد گرفته باشید که می‌توان از گیاهان برای آموزش عصب‌شناسی و پیش برد انقلاب عصبی استفاده کرد.

1 COMMENT

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

9 + 7 =