تزداد الأرض سخونة باستمرار نتيجة تغير المناخ، وتؤدي درجات الحرارة المرتفعة لحدوث تقلبات غير معتادة، على رأسها موجات الجفاف المُطوّلة ومتعددة الفصول، التي تفاقم من ظاهرة انعدام الأمن الغذائي الحاد في مناطق مختلفة حول العالم، لتأثيراتها المباشرة على المحاصيل الزراعية.
ومع تزايد فترات الجفاف، تواجه النباتات تحدياً كبيراً؛ لأنها تعتمد على الماء لأداء جميع وظائفها الأساسية، بما في ذلك البناء الضوئي والنمو، لكن عندما لا تتوفر المياه الكافية، تضطر النباتات للتكيف من أجل البقاء. ولمواجهة التغيرات البيئية المتلاحقة، يجب أن تتحلى النباتات بالمرونة الكافية حتى تتمكن من الصمود، ويجب أن تكون أساليب التكيف التي تستخدمها في كثير من الأحيان قابلة للتغيير مثل التغيرات في المناخ والظروف التي تتكيف معها.
السر في الجذور
وتعد جذور النباتات، أحد أبرز أساليب التكيف التي تستخدمها النباتات لمواجهة الجفاف، وتُنتج جذور النباتات «بوليمر» شمعياً يتكون من مركبات عضوية مختلفة، يعمل كحاجز ضد فقدان الماء يسمى «السوبرين»، يمنع الماء من التدفق نحو الأوراق؛ إذ يتبخر هناك بسرعة، ومن دون «السوبرين»، فإن فقدان الماء الناتج سيكون مثل ترك الصنبور مفتوحاً.
وفي بعض النباتات، يتم إنتاج «السوبرين» بواسطة خلايا تُبطّن الأوعية داخل الجذور، لكن في نباتات أخرى مثل الطماطم، يتم إنتاج «السوبرين» في خلايا الجلد الخارجية التي تقع تحت الطبقة الخارجية للجذر مباشرةً.
وكان دور «السوبرين» في جذور الطماطم غير معروف منذ فترة طويلة، لكن دراسة جديدة أجراها باحثون في جامعة كاليفورنيا الأميركية، نُشرت في عدد يناير (كانون الثاني) من دورية «نيتشر بلانتس»، أظهرت أن «السوبرين» الخارجي يؤدي الدور ذاته لوظيفة «السوبرين» الذي يبطن الأوعية الداخلية للجذور في النباتات الأخرى، ومن دونه تصبح نباتات الطماطم أقل قدرة على التعامل مع الإجهاد المائي.
وخلال الدراسة، اختبر الباحثون دور «السوبرين» الخارجي في تحمل الجفاف من خلال تعريض بعض نباتات الطماطم لجفاف لمدة 10 أيام. وحددوا الجينات المسؤولة عن إنتاج «السوبرين» في الطبقة الخارجية لجذور الطماطم، وكيف تتأثر هذه الجينات بالهرمونات النباتية التي تتحكم في استجابة النبات للجفاف.
ومن خلال تعطيل هذه الجينات في نباتات الطماطم، وجد الباحثون أن النباتات فقدت قدرتها على إنتاج «السوبرين» وكانت أكثر عرضة للجفاف. كما أظهرت هذه النباتات اضطرابات في استجابتها للجفاف، ما يشير إلى أن «السوبرين» يلعب دوراً رئيسياً في مساعدة النباتات على التكيف مع نقص المياه.
وقالت الباحثة الرئيسية للدراسة، في قسم بيولوجيا النبات بجامعة كاليفورنيا، الدكتورة سيوبهان برادي، لـ«الشرق الأوسط»، إن «(السوبرين) يلعب دوراً مهماً في مقاومة النباتات للجفاف؛ إذ يساعد على منع فقدان الماء من خلال عمله كحاجز بين خلايا الجذر والبيئة المحيطة، للحفاظ على رطوبة النباتات، ومساعدتها على البقاء لفترة أطول، والتكيف مع الجفاف».
وأضافت أن الدراسة كشفت أن خلايا جذور الطماطم لديها حاجز خارجي مقاوم للجفاف، على عكس النباتات الأخرى، وهذا الاكتشاف يوفر لنا فهماً أفضل لكيفية تعامل نباتات الطماطم مع الجفاف. وباستخدام هذه المعرفة، يمكننا تطوير أصناف طماطم جديدة أكثر مقاومة للجفاف، وهو أمر مهم بشكل خاص مع تزايد ظاهرة تغير المناخ.
وعن أهمية النتائج، عبرت برادي عن أملها بأن تؤدي هذه النتائج لتطوير تقنيات جديدة لتحسين إنتاج الطماطم في المناطق التي تعاني من نقص المياه، مضيفة أن الفريق يعمل حالياً على اختبار قدرة «السوبرين» على مقاومة الجفاف في الحقل، لمحاولة جعل الطماطم أكثر قدرة على تحمل الجفاف.
تقنيات متنوعة لحفظ الماء
وتسلط الأبحاث الضوء باستمرار على الآليات المعقدة وراء العديد من الطرق الطبيعية التي تتبعها النباتات للتكيف مع الجفاف، وفي مقدمتها تقليل «النتح». و«النتح» هو عملية فقدان الماء من النبات عن طريق أسطح الأوراق، ورغم أهمية هذه العملية في تنظيم درجة حرارة النباتات والحفاظ على توازن الماء، فإنه يمكن أن يكون «النتح» أيضاً ضاراً للنباتات، خاصة في ظروف الجفاف.
وخلال الجفاف، تقوم النباتات بتقليل «النتح» للتحكم في فقدان الماء من خلال الأوراق، وتساهم أصغر الأوراق حجماً والمسام الأقل والأصغر (الثغور) والبشرة السميكة (الطبقات الشمعية) في تقليل التبخر. وعلى سبيل المثال، يحتوي نبات الصبار على أوراق تشبه الإبرة تقلل من مساحة السطح، في حين يخزن الماء في أوراقه اللحمية ذات البشرة السميكة للاستفادة من هذا المخزون لأطول فترة ممكنة في ظل موجات الجفاف الطويلة.
وفي حالة الجفاف الشديد، تقوم بعض النباتات، مثل البلوط، بإسقاط أوراقها بشكل استراتيجي لتقليل فقدان الماء بشكل كبير.
وهناك أيضاً تقنيات طبيعية لتعظيم امتصاص المياه عبر الجذور العميقة؛ إذ تقوم النباتات مثل الشجيرات الصحراوية بتطوير أنظمة جذرية واسعة النطاق وعميقة تصل إلى عمق التربة، وتستفيد من احتياطيات المياه المخفية غير المتاحة للنباتات ذات الجذور الضحلة. وفي الوقت الذي يتسبب فيه تغير المناخ باندلاع فيضانات وأمطار غزيرة، من المتوقع أيضاً أن تزداد نسبة الأراضي المعرضة للجفاف الشديد، وفق الأمم المتحدة.
وأضافت أنه منذ عام 2000، زاد عدد حالات الجفاف ومدتها بنسبة 29 في المائة؛ إذ يواجه أكثر من 2.3 مليار شخص بالفعل الإجهاد المائي، في حين حدثت معظم الوفيات المرتبطة بالجفاف في أفريقيا.
ويمكن للعلماء استخدام فهمهم للتكيف مع الجفاف، لتحسين قدرة النباتات على تحمل الظروف الجافة، ويمكن أن يؤدي ذلك إلى تطوير محاصيل أكثر مقاومة للجفاف؛ ما يساعد على ضمان استدامة الأمن الغذائي في المستقبل.
