كيف نجت النباتات من الانقراض العظيم وتواجه التغير المناخي
في حدث «الموت العظيم» اختفت معظم الكائنات لكن النباتات نجت بفضل آليات مثل التجدّد وبنوك البذور والتطوّر السريع. تعرف كيف تساعد هذه القدرات النباتات على مواجهة التغير المناخي في مقال وورلد برس عربي.
في الحدث الذي يسمّيه العلماء «الموت العظيم» اختفى أكثر من 90% من الحياة في المحيطات، وزالت 70% من الأنواع البرّية. ومع ذلك استمرّت النباتات. هذا اللغز القديم عاد إلى الواجهة اليوم، لأن فهم كيفية نجاة النباتات من أقسى موجات الانقراض يضيء سؤالاً معاصراً: كيف ستتحمّل الغابات والمروج والحقول تغيّراً مناخياً متسارعاً، وما الذي يمكن فعله كي تبقى قادرة على التكيّف؟
الجواب، كما عرضه خبراء تحدّثوا إلى موقع Live Science، ليس حيلة واحدة. هو حزمة من الآليات: إعادة الإنبات من الجذوع، وبنوك البذور، والتطوّر السريع، ونمط خاص من التمثيل الضوئي، ومضاعفة المحتوى الجيني كاملاً. لكنّ الحزمة نفسها لا تضمن النجاة دائماً، فللحظّ دور فيها.
ماذا جرى قبل 251 مليون سنة؟
قبل نحو 251 مليون سنة، أطلقت ثورات بركانية أشدّ حالات الانقراض الجماعي فتكاً في تاريخ الأرض. كانت فخاخ سيبيريا (Siberian Traps) في روسيا تضخّ ثاني أكسيد الكربون طوال نحو مليون سنة. ارتفعت درجات الحرارة عند خطّ الاستواء، وصارت اليابسة أشدّ حرارة من أن تحتمل الحياة، وتحمّضت المحيطات وفقدت أكسجينها. وبحسب التقديرات المتداولة لحصيلة «الموت العظيم»، أي انقراض العصرين البرمي والترياسي، دُمّر أكثر من 90% من الحياة البحرية وزال 70% من الأنواع البرّية.
وسط هذا الخراب، وُجدت جيوب نجاة. فقد بقيت نباتات منتجة لحبوب اللقاح في ملجأ في ما يُعرف اليوم بالصين، وتشير أبحاث أخرى إلى وجود ملاجئ نباتية في مواضع أخرى أثناء الحدث ذاته. والأرجح أن النباتات تحمّلت الانقراض أفضل من كائنات أخرى.
يفسّر Chris Thomas، عالم البيئة والتطوّر في جامعة يورك، جانباً من ذلك بقوله: «النباتات تتمتّع أحياناً بقدر كبير من المرونة فعلاً، لأنها لا تستطيع الحركة فرادى، وحتى كجماعات فهي ليست بارعة في الانتقال». عجز النبات عن الفرار هو الذي دفع تطوّره نحو آليات للبقاء في المكان نفسه تحت الظروف القاسية.
كيف تصمد النبتة في مكانها؟
أولى هذه الآليات القدرة على التجدّد. فكثير من النباتات يعيد تكوين أطرافه، وتملك مرونة نمائية أكبر من الحيوانات. تقول Amy Angert، عالمة النبات في جامعة بريتش كولومبيا: «كثير من النباتات لديها ما نسمّيه النمو غير المحدود والأجسام ذات البنية المعيارية». والنمو غير المحدود هو استمرار النمو والتطوّر طوال عمر الكائن.
وتشرح Angert الفارق مع الحيوان: «لو فقدنا ذراعاً لضاعت إلى الأبد. أمّا في النباتات، فإذا قطعتَ فرعاً يمكنها أن تُنبت فروعاً جديدة، وهذه الفروع الجديدة تستقبل إشارات من البيئة الحالية بدلاً من أن تبقى عالقة في برامج نمائية موروثة من بيئة سابقة». الأمر هنا أكثر من ترميم الخسارة، فالنمو الجديد يُبنى وفق شروط اللحظة الراهنة.
وللتجدّد أثر ملموس في الجفاف. فأشجار البلوط الإيليكسي (Quercus ilex) التي نبتت من جديد بعد القطع تتعامل مع الجفاف أفضل من الأشجار التي لم تُعد الإنبات. وفي إقليم الكيب النباتي في جنوب أفريقيا، وهو أصغر الممالك النباتية الستّ المعترف بها، تعتمد معظم الأنواع على النار: تعيد النباتات الإنبات بعدها، وكثير من البذور لا ينبت أصلاً إلا بها.
وتختلف طرق حماية البراعم من الظروف القاسية. الأوكالبتوس الثلجي (Eucalyptus pauciflora) يغلّف براعمه بلحاء سميك عازل. أمّا القراص اللاذع (Urtica dioica) فيُبقي براعمه تحت الأرض فيما يسمّى «بنك البراعم». والتربة عازل جيّد، تحمي البراعم من الحرّ والبرد وتقي النبات من الظروف المهدِّدة للحياة. وتتحمّل النباتات العشبية الشتاء، بينما تستطيع النباتات البصلية إخفاء أنسجتها عن النار.
ماذا تخبّئ البذور تحت التربة؟
تنتج قرابة 350,000 نوع نباتي بذوراً. ومعظم هذه البذور يحوي نبتة مصغّرة خاملة، فيها البنى التي ستنمو لاحقاً أوراقاً وجذوراً. وهنا يظهر ما يسمّيه الباحثون «بنوك البذور»، إذ تستطيع نباتات خاملة الأيض أن تعود إلى النشاط حين تتحسّن الظروف.
يقول Daniel Anstett، عالم البيئة التطوّرية في جامعة كورنيل: «تعيش البذور في حالة سكون تقريباً داخل التربة». ويضيف: «يمكن أن يكون لديك بنك بذور قد تعود منه بعض البذور، وهناك وصول إلى مكتبة المعلومات الجينية القديمة التي تستطيع نباتات كثيرة أن تستمدّ منها في نهاية المطاف».
وقد وصفت ورقة نُشرت عام 2021 في Nature Communications بنوكَ البذور بأنها أدوات للمرونة. وكتب مؤلفوها: «في حال حالفهم الحظ، ستستيقظ بعض هذه الأفراد على الأقل في المستقبل، حين تكون البيئة أكثر ملاءمة للنمو والتكاثر».
هل يلحق التطوّر بالجفاف؟
عادةً يُتصوَّر التطوّر عملية بطيئة تُقاس بآلاف الأجيال. لكنّ دراسة نُشرت في Science هذا العام تقدّم دليلاً على عكس ذلك. فقد تتبّعت جماعات من زهرة القرد القرمزية (Erythranthe cardinalis) واجهت جفافاً طويلاً أصاب جماعات في الولايات المتحدة والمكسيك بين 2010 و2018. وقد تسلسل الباحثون جينومات 55 جماعة، وحدّدوا مناطق جينية ترتبط بالتعامل مع الإجهاد والجفاف.
تطوّرت بعض الجماعات سريعاً لمواجهة التغيّر البيئي، وكان الأهمّ أن الباحثين استطاعوا توقّع النجاة من الجفاف من التنوّع الجيني للجماعة قبل بدء الجفاف نفسه. وعن الخيارات المتاحة أمام هذه النباتات يقول Anstett: «يمكنها إمّا أن تنمو بسرعة كبيرة وتزهر وتُخرج بذورها قبل أن يضرب جفاف الخريف، وإمّا أن تنمو ببطء أكبر وتتحصّن».
ما قد لا يظهر في العنوان هو أن الدراسة تربط النجاة بشيء يُقاس قبل الأزمة لا بعدها، وهو مخزون التنوّع الجيني. تقول Angert: «المادة الخام للتكيّف تأتي من التنوّع الجيني». وتضيف: «التنوّع الجيني أكبر في الجماعات الكبيرة، ويمكن أن يُتبادل بين الجماعات مع تغيّر البيئة، إذا استطاع الأفراد الانتقال بينها بنجاح».
ما دور التمثيل الضوئي المختلف ومضاعفة الجينوم؟
على مستوى الورقة، تحوّل عملية التمثيل الضوئي ثاني أكسيد الكربون والماء إلى سكّريات وأكسجين. وتنظّم الثغور، وهي مسام على سطح الورقة، دخول ثاني أكسيد الكربون إلى النبات. في المناخ الحارّ تصبح هذه المسام مأزقاً: فتحها يعني فقدان الماء، وإغلاقها يعني تجويع النبات من الكربون.
تحلّ نباتات «كام» (CAM) هذه المعضلة بطريقة مختلفة، فتغلق ثغورها نهاراً، وتمتصّ ثاني أكسيد الكربون ليلاً وتخزّنه على هيئة حمض. والاسم اختصار لعبارة «الأيض الحمضي للنباتات العصارية». يقول Zhen Xu، عالم النبات الأحفوري في جامعة ليدز: «التمثيل الضوئي من نمط كام شائع جداً في نباتات الصحارى الحالية، مثل الصبّار والنباتات العصارية». ويصفه بأنه «طريقة ذكية جداً للهروب من الحرارة المرتفعة أو الجفاف خلال ساعات النهار».
وتشير دراسة في Nature Ecology & Evolution إلى أن هذه الطريقة أعطت أفضلية أثناء الانقراض البرمي الترياسي. فقد تحوّلت الليكوفيتات (Lycophytes) إلى هذا النمط من التمثيل الضوئي في أثناء الانقراض الجماعي أو حوله، وربما ساعدها ذلك على النجاة والهيمنة بعد انتهائه. ويقول Xu: «نعتقد أن التمثيل الضوئي من نمط كام قد يكون الاستراتيجية الخاصة للنجاة».
وثمة آلية أعمق مسجّلة في الجينات. فخلال 150 مليون سنة الماضية ضاعفت النباتات المزهرة جينوماتها كاملة في تسعة أحداث منفصلة. وربطت أبحاث نُشرت في Cell هذه التجمّعات الزمنية من المضاعفة بأحداث جيولوجية كبرى، منها تحوّلات مناخية وانقراضات. تقول الجهة التي تقدّم التفسير، Yves Van de Peer، عالم الجينوم في جامعة غنت: «نرى تجمّعات لمضاعفة الجينوم كاملاً عبر الزمن، وفي كل مرة تتطابق مع حدث جيولوجي مهم موصوف، سواء كان فترة تبرّد عالمي، أو فترة احترار عالمي، أو حدث انقراض». ومضاعفة الجينوم تمنح النباتات فرصاً أكثر للتطوّر والتكيّف.
هل النجاة مسألة حظ؟
لا تعني هذه القائمة أن كل نبات يملك كل الأدوات. يقول Anstett إن النباتات «تمتلك في جوهرها مجموعة أدوات واسعة»، لكنه يضيف أن «بعض النباتات لديها مسارات معينة، ولدى أخرى مسارات غيرها، وبعضها يملك سمات معينة وبعضها سمات أخرى». وبهذا يصبح البقاء مرهوناً في الغالب بمدى ملاءمة التكيّفات الموجودة أصلاً للظروف التي تواجهها النبتة. لذلك فإن نباتات الملاجئ في الصين وغيرها نجت من «الموت العظيم» لأنها وُجدت في أماكن وظروف مواتية، وتصفها Angert بأنها كانت «أوفر حظاً».
هنا يتحوّل الدرس البيولوجي إلى سؤال في إدارة الأرض. فإذا كان الحظّ جزءاً من المعادلة، فالتنوّع الجيني هو ما يوسّع هامش هذا الحظّ، والاتصال بين الجماعات هو ما يحفظ التنوّع. تقول Angert: «أفضل ما يمكننا فعله هو أن نترك جماعات نباتية أكبر وأفضل اتصالاً في المشهد الطبيعي». ويحذّر Anstett من الاتجاه المعاكس: «إذا أصبحت الجماعات منفصلة تماماً، فربما نكون عندئذ نُبلي مجموعة الأدوات التي تملكها هذه النباتات للتكيّف». وبحسب الخبراء، فإن ربط الجماعات المجزّأة يمكن أن يزيد التنوّع الجيني وخيارات التكيّف، بينما تخسر الجماعات المنعزلة جزءاً من مواردها الوراثية التكيّفية.
الإشارة الأضعف في هذه الصورة أن قدرة النباتات على الصمود، رغم كل ما سبق، لا تعمل في فراغ. هي تعتمد على مساحة كافية وممرّات تتيح تبادل الجينات. وما لم تُجب الدراسات عنه بعد هو إلى أي مدى تكفي هذه الأدوات حين تتغيّر الظروف أسرع مما اعتادته النباتات. فالأرض أثبتت قبل 251 مليون سنة أن النباتات قادرة على النجاة، لكنها لم تُثبت أن النجاة مضمونة.
أخبار ذات صلة
تلسكوب خاص يستهدف 27 كوكباً خارجياً في مهمته الأولى
رحلة أرتيميس 3 القمرية: ناسا تحدد الخطة لكن التاريخ غامض
البحث عن الحضارات الفضائية: السعودية تنضم للمشروع العالمي
