شگفت‌انگیز! گیاهان شاخ‌دار، راه‌حل افزایش 60% تولید محصولات و مبارزه با تغییرات آب‌وهوایی؟

پرده‌برداری از توانایی‌های منحصربه‌فرد گیاهان شاخ‌دار

دانشمندا مدت‌هاست دنبال راه‌هایی می‌گردن که به گیاها کمک کنن تا دی‌اکسید کربن (CO2) بیشتری رو به زیست‌توده تبدیل کنن، چون این می‌تونه کمک بزرگی به افزایش بازدهی محصولات کشاورزی و حتی مقابله با تغییرات آب و هوایی باشه. تحقیقات اخیر نشون می‌ده که یه دسته‌ی خاص از گیاها، که کمتر بهشون توجه شده و به اسم شاخ‌دارها شناخته می‌شن، شاید کلید حل این مسئله باشن.

تنر رابیسون، دانشجوی دکتری در مؤسسه بویس تامپسون (BTI) و نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ای که به تازگی تو مجله‌ی Nature Plants چاپ شده، گفت: “شاخ‌دارها یه توانایی فوق‌العاده دارن که بین گیاهای خشکی‌زی بی‌نظیره: اونا یه توربوشارژر طبیعی برای فتوسنتز دارن.” اون ادامه داد: “این ویژگی خاص که بهش مکانیسم تمرکز CO2 می‌گن، بهشون کمک می‌کنه که نسبت به خیلی از گیاهای دیگه، حتی محصولات غذایی مهم ما، فتوسنتز رو با راندمان بالاتری انجام بدن.”

تو قلب این مکانیسم جذاب، ساختاری به اسم پیرنوئید قرار داره که مثل یه محفظه‌ی میکروسکوپی عمل می‌کنه و CO2 رو تو سلول‌های گیاه متمرکز می‌کنه. پیرنوئید یه محفظه‌ی مایع‌ماننده که از آنزیم روبیسکو پر شده؛ این آنزیم CO2 رو جذب می‌کنه و موقع فتوسنتز، تبدیل به قندش می‌کنه. دور و بر پیرنوئید، کانال‌ها و آنزیم‌های تخصصی وجود دارن که CO2 رو پمپ می‌کنن توش و روبیسکو رو با ماده‌ی اولیه‌ی کلیدیش اشباع می‌کنن.

لورا گان، استاد دانشگاه دانشکده‌ی علوم گیاهی یکپارچه‌ی دانشگاه کرنل، گفت: “این مکانیسم تمرکز CO2 به شاخ‌دارها یه مزیت خیلی بزرگ می‌ده.” اون اضافه کرد: “روبیسکو یه آنزیمه که راندمانش خیلی پایینه، برای همین بیشتر گیاها، انرژی زیادی رو صرف این می‌کنن که با تمایلش برای واکنش با اکسیژن مقابله کنن.”

استفاده از شاخ‌دارها برای بهینه‌سازی بازده‌ی فتوسنتز تو گیاها

با متمرکز کردن دی‌اکسید کربن (CO2) دور و بر آنزیم Rubisco، شاخ‌دارها می‌تونن راندمان این آنزیم رو به حداکثر برسونن و جلوی یه فرآیند هدررفتی به اسم “فتو تنفس” رو بگیرن.

تیم تحقیقاتی با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته‌ی تصویربرداری و آنالیز ژنتیکی، متوجه شدن که شاخ‌دارها احتمالا از یه سیستم خیلی ساده‌تر برای تمرکز CO2 استفاده می‌کنن. برعکس جلبک‌ها که برای پمپاژ CO2 به داخل سلول‌هاشون به ماشین‌آلات پیچیده نیاز دارن، شاخ‌دارها به احتمال زیاد از یه روش غیرفعال استفاده می‌کنن که به قطعات متحرک کمتری احتیاج داره.

فای-وی لی، استاد دانشگاه BTI و نویسنده‌ی همکار این مطالعه، توضیح داد: “مثل اینه که یه طراحی ساده‌تر و کارآمدتر برای موتور پیدا کنی.” اون اضافه کرد: “این سادگی می‌تونه مهندسی سیستم‌های مشابه تو بقیه‌ی گیاها، مثل محصولات کشاورزی ضروری رو، آسون‌تر کنه.”

تأثیرات احتمالی رو کشاورزی

تأثیرات این تحقیق خیلی زیاده. تیم تحقیقاتی تخمین می‌زنه که اگه بشه یه مکانیسم مشابه برای تمرکز CO2 رو تو محصولات کشاورزی پیاده کرد، فتوسنتز تا 60 درصد افزایش پیدا می‌کنه که این باعث افزایش قابل توجه تو تولید، بدون نیاز به زمین یا منابع بیشتر می‌شه.

بینش‌های جدید تو تکامل گیاهی

این تحقیق همچنین بینش‌های جدیدی در مورد تکامل گیاها می‌ده. دانشمندا فهمیدن که ماشین‌آلات لازم برای تمرکز CO2 احتمالا تو جد مشترک همه‌ی گیاهان خشکی وجود داشته، ولی فقط شاخ‌دارها تونستن این قابلیت رو طی میلیون‌ها سال تکامل حفظ و بهتر کنن.

تو این شرایط که ما با چالش‌های دوگانه‌ی تغییرات آب و هوایی و امنیت غذایی روبرو هستیم، این گیاه کوچولو شاید الگوی مناسبی برای نوآوری‌های مهم تو کشاورزی باشه. با اینکه هنوز کارای زیادی مونده تا این فناوری طبیعی تو بقیه‌ی گیاها استفاده بشه، ولی این کشف یه جهت‌گیری جدید و امیدوارکننده برای کشاورزی پایدار ارائه می‌ده.

این تحقیق با حمایت بنیاد ملی علوم و بنیاد تریاد انجام شده.