گیاه «مادر هزاران فرزند» با سازگاری‌های خاص تکاملی

در قرن هجدهم، دانشمندی به نام توماس مالتوس (Thomas Malthus) نظریه‌‌ای در اقتصاد مطرح کرد که طبق آن، رشد جمعیت همیشه سریع‌تر از رشد منابع است و برای همین، همواره رقابت وجود دارد. این دیدگاه در قرن نوزدهم، بر روی افکار چارلز داروین (Charles Darwin) در شکل‌ دادن نظریه‌ تکامل تأثیر به سزایی داشت، چرا که نظریه‌ تکامل داروین بیان می‌دارد که رشد جمعیت در جانداران، بیشتر از رشد منابع است و در این رقابت، نسل جانداری باقی می‌ماند که مناسب‌ترین ویژگی‌ها را برای تطابق با محیط و بقا داشته باشند.

در این میان برای حفظ نسل، یکی از مهم‌ترین فرایندها تولید مثل است. تولید مثل در ساده‌ترین جانداران همانند باکتری‎‌ها، شتا جانداران پیچیده‌تری چون قارچ‌ها، گیاه و انسان دیده می‌شود و به علت تنوع جانداران، تولیدمثل نیز انواع گوناگونی دارد که حتی جزئیات آن، در میزان موفقیت یک گونه برای بقا تأثیر می‌گذارد.

به طور خاص در گیاهان، گیاهی به نام «مادر هزار فرزند» وجود دارد که نه تنها با روش‌های خاص و منحصر به فرد تولید مثلی خود (که یکی از آن‌ها ایجاد صدها گیاهچه‌ی کوچک روی برگ‌هایش است)، رقیب تکاملی قدرتمندی برای باقی گیاهان است، بلکه با فرایندهای تولید سم، مکانیسم‌های مقابله با خشکی خاک و کم آبی و... ، خود را از خطرات محیطی بر حذر می‌دارد. خالی از لطف نیست که مکانیسم‌های این گیاه خارق العاده را بیشتر و علمی‌تر بشناسیم.

تولید مثل

تولید مثل (Reproduction) فرایندی است که طی آن یک جاندار، جاندار دیگری را به وجود می‌آورد که همه یا بخشی از ژنوم (Genome) آن را داراست. ژنوم مجموعه‌ تمام ژن‌های یک جاندار است که کدهای ژنیتیکی آن هستند و دستور علمکرد یکایک سلول‌های هر جاندار، در آن جای دارد. حال چرا گفتیم در تولید مثل، «همه یا بخشی» از ژنوم منتقل می‌شود؟

تولید مثل جنسی و غیر جنسی

تولید مثل به طور عمده به دو روش جنسی و غیرجنسی انجام می‌شود. در تولید مثل جنسی (Sexual Reproduction)، فرزند با پدر و مادر خود تفاوت‌هایی دارد و کاملاً شبیه هیچ کدام از آن‌ها نیست، چرا که دو سلول جنسی نر و ماده که به آن‌ها گامت (Gamete) نر و ماده می‌گوییم، با هم لقاح می‌یابند و هر کدام حدود نیمی از ژنوم خود را به یک فرزند منتقل می‌کنند.

فیلم آموزش ریخت شناسی و تشریح گیاهی در فرادرس

کلیک کنید

این روند به چند صورت مختلف ممکن است گامت نر و ماده می‌تواند از دو فرد جدا، یعنی مادر و پدر باشد، یا می‌تواند مانند اتفاقی که در برخی گیاهان رخ می‌دهد، یک گیاه هم گامت ماده و هم گامت نر تولید کند و گامت نر یک گیاه، گامت ماده‌ی همان گیاه را بارور کند و یا از آن جالب‌تر، جاندارای مثل اغلب حلزون‌ها هستند که دوجنسی‌‍‌اند (Hermaphrodite) و هر حلزون هم مادر است و هم پدر! یعنی هم گامت و اندام جنسی نر دارد و هم گامت و اندام جنسی ماده، و در هر بار آمیزش دو حلزون، هر دو حلزون باردار می‌شوند. تولید مثل جنسی در گیاهان، با تولید گل، گامت و دانه اتفاق می‌افتد.

تولیدمثل جنسی باعث ایجاد تنوع در جانداران می‌شود. هنگامی که محیط یک جاندار در تنش و تغییر باشد، بقای نسل جاندار به خطر می‌افتد. در این زمان، تولیدمثل جنسی تولیدمثل موفق‌تری است چرا که افرادی با ویژگی‌های متفاوت ایجاد می‌کند و تداوم این روند، باعث می‌شود احتمال به وجود آمدن ویژگی متناسب با محیط در آن گونه پدید بیاید و بخت بقای آن در محیط را افزایش یابد.

جاندارانی که هم تولیدمثل جنسی و هم تولیدمثل غیرجنسی دارند، در تنش‌های محیطی از تولیدمثل جنسی استفاده می‌کنند. در مقابل آن، تولیدمثل غیرجنسی (Asexual Reproduction) تنوع بسیار پایینی دارد که این باعث می‌شود اگر تهدیدی، مانند یک ویروس به گونه حمله کند، بخت اعضای گونه برای مقابله با آن برابر باشد و چه بسا بخت همه‌شان کم باشد! اما معمولاً تولیدمثل غیرجنسی سرعت بالاتری دارد و برای محیط‌هایی که دچار تنش نیستند مناسب‌تر است.

در تولید مثل غیر جنسی، یک والد به تنهایی فرزندان نسل بعد را به‌ وجود می‌آورد و فرزند، ژنوم مشابه همان والد را دارد. این نوع تولید مثل، خود انواع مختلفی دارد، که برخی از آن‌ها را با مثال کوتاهی توضیح می‌دهیم:

• هاگ‌زایی (Spore formation): برخی از قارچ‌ها سلول‌هایی به نام هاگ تولید می‌کنند که در محیط پخش می‌شوند و جانداری مانند والد خود ایجاد می‌کنند.
• قطعه قطعه شدن (Fragmentation): اگر بازوی یک ستاره‌ی دریایی قطع شود، بازوی جدا شده مجددا رشد می‌کند و تبدیل به یک ستاره‌ی دریایی کامل می‌شود.
• بکرزایی (Parthenogenesis): برخی از مارها در غیاب زوج نر، به تنهایی گامت ماده را بارور می‌کنند که فرایند آن هنوز دقیقا معلوم نیست.
• تقسیم سلولی (Fission): باکتری‌ها که هر کدام با تقسیم سلولی به دو باکتری جوان تقسیم می‌شوند.

به جز روش‌های مصنوعی مانند انواع قلمه زدن (Vegetative propagation) (قلمه قسمتی است از شاخه، برگ يا ريشه که از گياه مادر جدا میشود و در شرایط مناسب برای ریشه‌زایی قرار گرفته و ریشه می‌دهد) و پیوند زدن، برخی انواع طبیعی تولیدمثل غیرجنسی نیز مختص گیاهان هستند، همانند تولیدمثل با پیاز، غده (مثل سیب‌زمینی)، ساقه‌های رونده (Runners) (ساقه‌هایی که در سطح یا زیر خاک پیش می‌روند و از نقاط مشخصی که توضیح خواهیم داد، ریشه می‌دهند و گیاه جدیدی را به وجود می‌آورد) و جوانه زدن (Budding).

تولید مثل در گیاه «مادر هزار فرزند»، جوانه زدن

جوانه زدن یک روش از تولید مثل غیرجنسی‌ است که در آن، یک برآمدگی کوچک بر روی بدن جاندار ایجاد می‌شود که از رشد آن جاندار مشابه ولی کوچک‌تر از جاندار والد به وجود می آید. این روش در قارچ‌هایی چون مخمر، و جانورانی مثل هیدر و مرجان دیده می‌شود و دقیقا همان روشی است که در گیاهان، مادر هزار فرزند (Mother of thousands) برای تولید مثل از آن استفاده می‌کند.

به مادر هزار فرزند، گیاه اشک تمساح نیز گفته می‌شود زیرا که رنگ و شکل شبه‌برگ‌های آن تمساح را به یاد می آورد و ریزش گیاهچه‌های کوچک روی برگ آن، ریزش اشک را تداعی می‌کند. در غرب به آن ستون فقرات شیطان (Devil’s backbone) هم می‌گویند.

مادر هزار فرزند، با نام علمی Kalanchoe Daigremontiana، نوعی کاکتوس بومی ماداگاسکار است که درواقع، مثل اکثر کاکتوس‌های دیگر، برگ‌های آن برگ واقعی نیستند و ساقه‌های تغییرشکل یافته جهت فتونستر هستند که فیلوکلاد (Phylloclade) نام دارد.

این گیاه از سرده کالانکوآ است، سرده‌ای که گونه‌‌های مختلف آن، توانایی جوانه زدن از طریق برگ را دارند (اما جوانه‌زنی بیشتر آن‌ها مثل مادر هزار فرزند دائمی نیست). در حاشیه‌ی فیلوکلادهای آبدار و گوشتی این گیاه، صدها گیاهچه‌ی کوچک رشد می‌کنند که سپس به خاک افتاده و تبدیل به گیاه کاملی می‌شوند. اما پیش از اینکه به جزئیات جوانه زدن و رشد جوانه‌ها در مادر هزار فرزند بپردازیم، لازم است بدانیم که چرا این روش این قدر خاص است. درواقع پیش از آنکه بدانیم چرا مادر هزار فرزند از این روش استفاده می‌کند، لازم است بدانیم که چرا باقی گیاهان نمی‌توانند از این روش استفاده کنند؟

تمایز سلولی

در جاندار تک سلولی، یک سلول تمام وظایف ساده را انجام می‌دهد. اما هر چقدر که وظایف پیچیده‌تر باشند، لازم است سلول‌ها تخصصی‌تر شوند و شکل و تواناییشان با توجه به وظیفه‌ خاصشان تغییر کند، این پدیده تمایز سلولی نام دارد.

فیلم آموزش زیست شناسی تکوینی گیاهی در فرادرس

کلیک کنید

در مراحل اولیه‌ رشد یک گیاه، تمام سلول‌ها شبیه به هم هستند و هر سلولی توانایی تناسب یافتن برای هر نقشی را دارد، یعنی هر سلول بسته به عواملی چون نور، میزان مواد شیمیایی و...‌ که دریافت می‌کند، می‌تواند تبدیل به ریشه یا ساقه شود اما هنگامی که تمایز سلولی شکل گرفت، سلول‌ها به دو دسته تقسیم می‌شوند: سلول‌های بالغ و مریستم‌ها (Meristems).

سلول‌های بالغ در واقع همان سلول‌های تمایز یافته هستند که دیگر توانایی تبدیل به نوع دیگری سلول‌ را ندارند. مریستم‌ها، سلول‌های نابالغی هستند که هنوز تمایز نیافتند و می‌توانند تبدیل به سلول‌های بالغ بشوند. معمولاً مریستم‌ها در نوک ریشه و ساقه جای دارند. مریستم‌‌های نوک ریشه‌، ریشه را می‌سازند و مریستم‌های نوک ساقه تبدیل به ساقه، برگ و گل می‌شوند. مریستم‌های جانبی نیز به صورت استوانه‎ای به موازات ساقه، در بدنه‌ گیاه قرار دارند و به رشد قطری ساقه کمک می‌کنند.

همچنین در برخی گیاهان مثل بیشتر تک‌لپه‌ای‌ها و دمب‌اسبیان، مریستم‌هایی در کنار پایه‌ برگ‌ها قرار دارند که شاخه‎های جانبی را می‌سازند، این مریستم‌ها، مریستم‌های میان‌گرهی نام دارند. اگر ساقه‌ یک گیاه را که مریستم میان‌گرهی دارد، از ریشه جدا کنیم و طوری در آب قرار دهیم که مریستم‌ میان‌گرهی آن در آب باشد، شاهد این خواهیم بود که از مریستم ریشه‌های جدیدی رشد می‌کنند و می‌گوییم آن گیاه توانایی ریشه‌زایی دارد (مثل گیاهان دارای ساقه‌ رونده که پیش‌تر اشاره کردیم) اما اگر قسمتی که دارای مریستم نباشد را در آب یا خاک و محیط مرطوب قرار دهیم، شاهد ریشه‌زایی نخواهیم بود.

تولیدمثل غیرجنسی در گیاهان مدیون وجود مریستم‌هاست چرا که در این روش، گیاهان جدید از بذر و دانه رشد نمی‌کنند بلکه از سلول‌های بدن والد رشد می‌کنند. در مادر هزاران فرزند، در حاشیه‌ی فیلوکلادها مریستم وجود دارد که از آن جوانه‌ها شروع به رشد یافتن می‌کنند.

هنگامی که در جوانه چهار فیلوکلاد به قدر کافی رشد کرد، جوانه از بدن مادر جدا شده و به خاک می‌افتد. البته زمانی که جوانه روی گیاه مادر قرار دارد، همراه با فیلوکلادها، ریشه‌های سفید و نازک کوچکی در قسمت زیرین آن رشد می‌کنند. بدین طریق، جوانه‌ای که به خاک می‌افتد، پیشاپیش یک گیاه کامل است و اگر خاک و رطوبت مناسب باشد، جوانه به خاک ریشه می‌دواند و به یک گیاه مادر جدید تبدیل می‌شود.

اما این تنها راهکار مادر هزار فرزند نیست

با اینکه مادر هزار فرزند، از روش منحصر به فرد جوانه‌زنی خود می‌تواند در مدت کوتاهی صدها گیاه جدید تولید کند اما به این راه بسنده نکرده است. روش دومی که این گیاه به کار می‌گیرد نیز بسیار هوشمندانه است. ساقه‌ مادر هزار فرزند زیاد محکم نیست و هرچه فیلوکلادهای بالایی بزرگ‌تر و سنگین‌تر بشوند، ساقه خم‌تر می‌شود.

این اتفاق تا جایی ادامه دارد که ساقه تا روی خاک خم می‌شود. با نزدیکی ساقه به خاک و رطوبت آن، ساقه شروع به ریشه‌زایی در آن قسمت می‌کند تا یک گیاه جدید دیگر را به وجود بیاورد. به نظر می‌رسد مریستم‌ها در بسیاری از قسمت‌های ساقه و برگ‌های این گیاه قرار دارند، چرا که اگر یک برگ آن را از دمبرگ در خاک مرطوب قرار دهیم، باز شاهد رشد گیاه جدیدی هستیم؛ این توانایی در تمام گونه‌های این جنس دیده می‌شود.

مادر هزار فرزند، حتی به دو روش هم بسنده نکرده است، درواقع تولیدمثل غیرجنسی برای او کافی نبوده و به ندرت، حدود دو سه سال یکبار، در زمستان یا اوایل بهار گل‌ هم می‌دهد. گل‌های این گیاه لوستر شکل و به صورت طبقاتی هستند. رنگ گل‌ها نزدیک به زرد، سفید، صورتی، قرمز و ارغوانی ست.

در برخی از ارقام این گیاه، توانایی تولیدمثل با بذرهای بسیار کوچک که با باد جابه‌جا می‌شوند، دیده می‌شود اما پژوهشی در سال 2007 در دانشگاه کالیفرنیا بیان کرد که ارقام دیگر، در طول تکامل توانایی تولید بذرهای بارور را از دست داده‌اند. حتی با وجود بذر‌های بارور، تنها 10 درصد تولید مثل آن جنسی‌ست که هر دوره‌ی آن حدود سه سال طول می‌کشد و 90 درصد از تولیدمثل غیرجنسی استفاده می‌کند.

دیگر سازگاری‌های تکاملی مادر هزار فرزند

تولید مثل، تنها برتری این گیاه نیست. این گیاه وضعیت شیمیایی خاک را به گونه‌ای تغییر می‌دهد که گیاهان دیگر نمی‌توانند در اطراف آن رشد کنند. علاوه بر این، اگر حیوان گیاه‌خواری از آن تغذیه کند، خواهد مرد زیرا که تمام قسمت‌های این گیاه سمی است و نوعی سم گلیکوزیدی تولید می‌کند که اگر وارد بدن شود، بر روی قلب اثر خواهد کرد و انسان یا حیوان را می‌کشد (با این وجود در گذشته، انسان‌ها به قدرت درمانی این گیاه برای عفونت، فشار خون، سنگ کلیه، تومور و حتی اسکیزوفرنی باور داشتند).

زادگاه بومی مادرهزار فرزند، جنگل‌های ماداگاسکار است. این جنگل‌ها جزو جنگل‌های گرمسیری هستند، جنگل‌های نزدیک خط استوا، با هوای گرم و بارش فراوان که بیشترین تنوع گیاهی و جانوری را در خود جای داده‌اند. ارتفاع بیشتر درختان این منطقه، بین 25 تا 35 متر است در حالی که ارتفاع مادر هزار فرزند، معمولا به یک و نیم متر می‌رسد.

رقابت بر سر نور خورشید، رقابت مهمی بین گیاهان این منطقه است. در حالی که گیاهان بلندتر، سهم بیشتری از نور خورشید می‌برند، مادر هزار فرزند برای این رقابت، چه تدبیری اندیشیده است؟ اگر خوب به فیلوکلاد‌های مادرهزار فرزند نگاه کنید، متوجه می‌شوید که هر فیلوکلاد با زاویه‌ی نود درجه نسبت به برگ پایینی خود روییده است. این باعث می‌شود که فیلوکلادهای خود گیاه روی فیلوکلادهای زیرین سایه نیندازند و گیاه بیشترین بهره را از نوری که به آن‌ می‌رسد، ببرد.

همچنین این گیاه به شرایط خشکی و کم آبی نیز مقاومت بالایی دارد. همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، مادر هزار گیاه یک گونه‌ی کاکتوس است که فیلوکلادهای گوشتی و پرآب دارد و بدین ترتیب آب را ذخیره می‌کند. این کاکتوس از خانواده‌ی کراسولاسیا است که از مدل فتوسنتز کراسولاسیون (Crassulacean) استفاده می‌کنند.

برای انجام فرایند فتوسنتز، کربن‌دی‌اکسید لازم است. در این مدل از فتوسنتز، برای سازگاری با دما و خشکی بالا، گیاه فقط در شب روزنه‌های خودش را باز می‌کند و کربن‌دی‌اکسید را ذخیره می‌کند. در روز، فرایندهای لازم روی کربن دی‌اکسید را انجام می‌دهد و روزنه‌ها را می‌بندد تا در اثر تعرق آب از دست ندهد.

به طور کل تمام این برتری‌ها، مادر هزاران فرزند را به گونه‌‌ای تبدیل کرده است که امروزه در قسمت‌هایی از آفریقا، اندونزی، کالیفرنیا و... ، به سرعت تکثیر می‌یابند و برای گیاهان دیگر مشکل آفرین شده‌اند. می‌توان این موضوع را از جنبه‌ی این سوال نگاه کرد: گیاه مادر هزاران فرزند، یک گونه‌ی مهاجم است یا موفق؟ اگر می‌گویید مهاجم، باید در نظر بگیرید که این جنبه از سوال، ما را یاد گونه‌ی جاندار دیگری، یعنی انسان می‌اندازد.

انسان‌ها هم مثل مادر هزاران فرزند پا به مناطق مختلفی گذاشتند، برای گونه‌های دیگر خطر آفریدند، با ابزارهای خود بسیار بهتر از مادر هزاران فرزند از خود دفاع کردند و با گرما و خشکی کنار آمدند، با این همه، این‌ها به دلیل توانایی بالای تفکر انسان است که در تکامل به دست آورده‌ است. حال مادر هزار فرزند، مثل انسان‌، گونه‌ای مهاجم است یا گونه‌ای موفق؟