הרמז נמצא בדבק – סוד הטבע להחזקתו ביחד

הממצא של החוקרים ד"ר רוברט קלי-בלו וקארן לי בקבוצתו של פרופסור אנריקו כהן במרכז ג'ון אינס, התחיל בתצפית מוזרה במוטציה ננסית של הצמח הטורף. Utricularia gibba.

הגבעולים של הצמח הצף הזה מלאים בחללי אוויר וחלולות זו פירושה שעמוד כלי הדם בתוך הגבעול יכול להתכווץ בעת לחץ. השפעה זו לא תהיה ניכרת ברוב הצמחים, שיש להם גבעולים מוצקים.

החוקרים ראו שבמוטציה ננסית העמוד המרכזי היה גלי במקום ישר. הם שיערו שעמוד השדרה המתנודד הזה נגרם כתוצאה מקונפליקט פנימי, פער בין מה שקורה בתוך גזע הצמח לבין האפידרמיס או העור. מודלים חישוביים על ידי מחבר שותף ד"ר ריצ'רד קנאווי הראה שהרעיון הזה יכול להסביר את מה שנצפה.

"הבנו שבסוגים אלה של גמדים, רק האפידרמיס, עור הגבעול, רוצה להיות קצר, הרקמה הפנימית עדיין רוצה להיות ארוכה ומכאן אפקט ההסתגלות", מסביר פרופסור אנריקו כהן ממרכז ג'ון אינס, מחבר המחקר המופיע ב מַדָע.

"זו הייתה הפתעה – בעבר אנשים חשבו שזני גמד, שהם מאוד חשובים בחקלאות, יהיו גמדים כי כל דבר בגבעול מושפע לגדול פחות אבל למעשה זה רק העור במקרה הזה, שיוצר מעין חולצת צר".

חקירות נוספות העלו כי Utricularia gibba למוטנט ננסי היה חסר הורמון גדילה בשם brassinosteroid.

הם העלו תיאוריה שהורמון זה מאפשר בדרך כלל לעור להימתח, נותן מעיל דחוס סלחן יותר ומאפשר לגזע הצמח להתארך.

כדי לבדוק את הרעיון הזה, הם השתמשו במוטציה בצמח הדגם Arabidopsis שמחלישה את הדבק בין התאים, כדי לראות אם הפחתת הברסינוסטרואיד תגרום לסדקים גדולים להיווצרות בעור הגבעול כתוצאה מהלחצים.

"זה בדיוק מה שראינו", מסביר פרופסור כהן. "בדרך כלל גבעול ארבידופסיס עם דבק מוחלש יסדק מעט כי ההורמון נמצא שם כדי לשחרר את כתונת המצר. אבל כשההורמון היה חסר, העור נתלש לחלוטין והצמח היה כמעט ללא עור".

מודלים חישוביים על ידי מחבר שותף פרופסור ריצ'רד סמית' הראו כי הורמון הברסינוסטרואידים מקל ככל הנראה על כתפיית המעצר על ידי התרופפות סיבים בדפנות תאי האפידרמיס.

"תאי צמחים דבוקים זה לזה ונאלצים להתנהג בצורה מתואמת רק בגלל הפקטין שלהם, הדבק שלהם, שקושר אותם. מה שאנחנו מראים במחקר הזה הוא שזהו כוח חזק להפליא; הדבק כל כך חזק שאתה רק צריך לשנות צמיחה בשכבה אחת והתאים האחרים יגיעו בעקבותיו", מסביר פרופסור כהן.

"מחקרים קודמים הדגישו שצמחים שולחים אותות מולקולריים לגדול בצורה מתואמת, וזה עדיין חלק מההסבר. אבל מה שהמחקר שלנו מראה הוא שהדביקות של תאי הצמח היא גם מרכיב חיוני בתיאום הצמיחה. היצמדות זו לזו. מאוד חשוב."

מחבר שותף ד"ר כריסטופר ווייטוודס במעבדת סיינסברי, אוניברסיטת קיימברידג', מדגיש את החשיבות הפוטנציאלית של ממצאים אלה למחקר עתידי. "העובדה שאינטראקציות מכניות בין שכבות תאים שולטות בצמיחה בגבעולים של שני מינים שונים בתכלית מעלה את השאלה האם הם שולטים בהיבטים אחרים של התפתחות הצמח, כמו הדפוס הפנימי המורכב של עלים. אנו נרגשים לבדוק אם זה מקרה."

הממצאים שופכים אור על זנים מתגמדים של יבולים, כמו חיטה ואורז, העומדים בבסיס המהפכה הירוקה של החקלאות, ומסבירים כיצד גנים שולטים בצמיחתם וכיצד נוכל לשפר את יעילותם בעתיד.

הממצאים שלהם מתייחסים גם לתהליכי התפתחות אצל בעלי חיים, כגון היווצרות סדקים בעור התנין ועיצוב המעי, כאשר גם אינטראקציות מכניות בין שכבות נחשבות למלאות תפקיד.

השערות רבות נראות מבטיחות מלכתחילה, אך לאחר מכן אינן מצליחות להחזיק מעמד במהלך הניסוי המלא. לא כך במקרה הזה, משקף פרופסור כהן.

"ההצצה הראשונה של הרקמה המתנודדת בצמח המים הננסי שלנו הייתה מרגשת כי ברגע שראינו את זה, היה לנו מושג מה עלול לקרות. אבל ההתרגשות הגדולה ביותר הגיעה מבדיקת הרעיון במערכת אחרת לגמרי.

"הטבע הוא חמקמק. תשעים ותשעה אחוז מהרעיונות הנחמדים נופלים על הפנים כשהם עומדים למבחן קריטי. אבל מדי פעם רעיון שורד ואז אתה יודע שהטבע גילה לך את אחד הסודות שלו", הוא אומר.

Brassinosteroid מתאם אינטראקציות שכבת תאים בצמחים באמצעות מכניקת דופן תאים ורקמות, מופיע ב מַדָע.