معلومة

كيف تنمو الأشجار بالتساوي في جميع الاتجاهات؟


كنت أسير على طريق مع هذه الأشجار الضخمة الجميلة عندما خطر لي هذا السؤال.

يجب أن تنمو الأشجار الكبيرة ذات الأغصان الكثيفة بشكل متساوٍ في جميع الاتجاهات ، وإلا ستنقلب. هل هناك آلية ما لضمان هذا النمو المنتظم؟ أم أنها مجرد صدفة سعيدة ناتجة عن التوافر الموحد لأشعة الشمس من جميع الجوانب؟ إذا أصبح أحد فروع الشجرة ثقيلًا جدًا بسبب وجود العديد من الفروع الفرعية ، فهل يؤدي هذا بطريقة ما إلى حدوث نمو على الجانب الآخر من الشجرة؟

لقد رأيت أن النباتات المحفوظة بوعاء في المنازل تميل إلى النمو باتجاه ضوء الشمس. غالبًا ما تدير أمي الأواني بمقدار 180 درجة للتأكد من أن النباتات لا تنحني في أي اتجاه. أفترض أن هذا يرجع إلى أن ضوء الشمس يزيد من معدل التمثيل الضوئي ، مما يؤدي إلى النمو السريع للنسيج الإنشائي. بالنسبة للأشجار التي تنمو في المساحات المفتوحة ، لن تكون هذه مشكلة. لكن هناك العديد من الأشجار الكبيرة التي تنمو في ظل المباني دون الانحناء بعيدًا عن المباني ، على الرغم من أن هذا هو الاتجاه الوحيد الذي ستتلقى منه أي أشعة الشمس. هل هناك أي تفسير لهذا؟


يتم التحكم بشدة في النمو في النباتات بواسطة الأكسينات - الهرمونات النباتية. عادةً ما يحتوي Auxin نفسه على ملف مثبط التأثير على النمو [تحرير: انظر التعليقات وإجابة ريتشارد للتصحيح]. على حد علمي ، لا توجد سيطرة نشطة لاستعادة تناسق النبات بمجرد انحرافه (ولكن قد أكون مخطئًا!) ولكن التأثير المثبط للأوكسين المركب في النسيج الإنشائي والانتشار في جميع الاتجاهات يسبب نمطًا متماثلًا من التثبيط والتفعيل ، وتشكيل براعم على مسافات متناظرة حول النسيج الإنشائي القمي - وهذا واضح جدًا في تناسق القرنبيط الروماني:

علاوة على ذلك ، هناك العديد من الآليات التي تنطوي على auxin والتي تشكل النمو العام للنبات. أهمها:

  • هيمنة قمي مما يؤدي إلى نمو قمة (جذع) النبات بقوة أكبر من الأجزاء الأخرى من النبات ، مما يضمن التمركز العام للنمو.

  • توجه ضوئي يتسبب في نمو النبات تجاه ضوء الشمس. على عكس افتراضك ، فإن هذا لا يرجع ببساطة إلى المزيد من التمثيل الضوئي وبالتالي النمو الأسرع في مقدمة النبات المواجه للضوء ، يتم التحكم فيه بنشاط.

  • الجاذبية هو تأثير مثير للاهتمام للغاية مما يجعل النبات ينمو بشكل عام صعودا. إنه أمر مثير للاهتمام لأن الآلية في الواقع تستخدم الجاذبية: الأوكسين المُصنَّع في النسيج الإنشائي ينتشر إلى أسفل في النبات بسبب الجاذبية ، مما يثبط النمو في المناطق السفلية (لكن لاحظ أنه في الجذر القمي ينعكس التأثير بطريقة ما).

  • توجه مائي يتسبب في نمو النبات باتجاه الماء.

كل هذه التأثيرات مجتمعة تجعل النبات ينمو بشكل عام إلى الأعلى ، موزعة بشكل جانبي.


هناك بعض الإجابات الجيدة الأخرى التي توفر جزءًا من الصورة ، لكنني أعتقد أن هناك مبدأ تنظيميًا أساسيًا تم إغفاله. لقد تطرق كونراد إليها في إجابته.

السبب في أن الأشجار ، ومعظم النباتات ، تميل إلى النمو بالتساوي في جميع الاتجاهات هو أنها تولد تفرعات متكررة وتناظرًا شعاعيًا يتم التحكم فيه في حلقة تغذية مرتدة للنمو المعزز لهرمون أوكسين وناقلات أوكسين الحساسة للأوكسين. هذه خوارزمية بيولوجية أنيقة تشرح كل النمو المتفرّع.

تعمل الأشياء التي يحددها كونراد (توجه ضوئي ، وجاذبية ، وما إلى ذلك) كإشارات توجيه تساعد النبات على تحديد المحاور التي يجب أن تنمو على طول ، ولكن في الأساس تتعلق العملية بتدرجات أوكسين. هناك استثناءات ، كما أشار آخرون في إجاباتهم ، وعادة ما تكون ناتجة عن اختلالات شديدة في إشارات التوجيه.

سأحاول شرح عملية النمو بوضوح (وهذا يمنحني فرصة لتجربة يدي مرة أخرى في الرسم التخطيطي ^ _ ^) ...


Auxin هو هرمون نباتي (في الواقع فئة من الهرمونات ، ولكن في الغالب عندما يقول الناس auxin ، فإنهم يقصدون حمض indole-3-acetic) الذي يعزز استطالة الخلايا وانقسامها. المبدأ الأساسي الذي يسمح للأوكسين بالتصرف بالطريقة المنظمة هو أن الأوكسين ينتج داخل الخلايا ، والبروتينات التي تصدر الأوكسين من الخلية تتطور على جانب الخلية التي تحتوي على أعلى تركيز للأوكسين (انظر الشكل أدناه).

لذلك يتم نقل أوكسين إلى أعلى تدرج تركيز الأكسين! وبالتالي ، إذا حصلت على منطقة ذات تركيز عالي من الأكسين تتطور بطريقة ما ، فسيتم نقل المزيد من الأكسين نحو تلك المنطقة. تسمى المنطقة ذات التركيز العالي للأوكسين بالنسبة للأنسجة المحيطة اوكسين كحد أقصى (صيغة الجمع "maxima").

بالنسبة لمعظم عمر النبات ، يتم إنتاج الأوكسين بشكل متساوٍ إلى حد كبير في معظم الخلايا. ومع ذلك ، في المراحل المبكرة جدًا من تطور الجنين ، يتم إنتاجه بشكل تفضيلي على طول المحور الجنيني (انظر الشكل أدناه ، الجزء 1). هذا يخلق ملف ميريستيم - مجموعة من الخلايا حيث يحدث انقسام الخلايا - عند الحد الأقصى من الأكسين عند كل طرف من طرفي الجنين. نظرًا لأن هذا النسيج الإنشائي يقع في قمة النبات ، يطلق عليه اسم القمة النامية، وعادة ما يكون أقوى واحد في النبات.

لذلك من خلال وجود نسيج في كل طرف ، يستطيل الجنين بعد ذلك لأن الانقسام الخلوي يحدث فقط في تلك النقاط. هذا يؤدي إلى الجزء 2 من الصورة أعلاه ، حيث يتباعد كل من المريستم بحيث يكون تدرج auxin ضعيفًا لدرجة أنه لم يعد له تأثيره التنظيمي (المنطقة في المربع الأحمر). عندما يحدث ذلك ، يتركز الأوكسين المنتج في الخلايا في تلك المنطقة بطريقة فوضوية لفترة قصيرة حتى يتم إنشاء مركز نقل آخر. يحدث هذا ، كما حدث في الحالة الأولى ، عندما تحتوي منطقة معينة من النسيج على تركيز أعلى قليلاً من الأوكسين ، وبالتالي يتم نقل الأوكسين الموجود في الأنسجة المحيطة باتجاهها. هذا يؤدي إلى الجزء 3 من الشكل ، حيث يتم إنشاء قطعتين جديدتين على جانبي النبات (يسمى الإنشائات الجانبية).

النسيج الإنشائي الجانبي هو المكان الذي توجد فيه الفروع على النباتات. إذا تخيلت بعد ذلك استمرار هذه العملية في التكرار مرارًا وتكرارًا ، فسترى أن الفروع ، أثناء استطالاتها ، ستطور خطوطًا أرضية عند الأطراف وعلى طول الجوانب. سيستمر الجذع الرئيسي أيضًا في الاستطالة ، ويطور المزيد من السيقان الجانبية. سيبدأ الجذر في التفرع ، وستتفرع هذه الفروع ، وما إلى ذلك. إذا كان بإمكانك فهم كيفية عمل هذا النظام الأنيق ، فستفهم كيف تنمو النباتات ، ولماذا تنمو في وحدات متكررة على عكس خطة الجسم مثل الحيوانات.

كما أنه يفسر لماذا ، إذا قمت بقطع طرف ساق ، فإنه يشجع على التفرع. عن طريق إزالة النسيج الإنشائي القمي ، يمكنك التخلص من التدرج اللوني auxin وتمكين إنشاء العديد من الأنماط الصغيرة التي يتطور كل منها إلى فروع.

لقد أوضحت حتى الآن التفرع المنتظم ، لكن نفس النظام يتسبب في التماثل الشعاعي الذي يجعل الأشجار (عادةً) تنمو في جميع الاتجاهات بالتساوي ...

تخيل أن تأخذ مقطعًا عرضيًا من خلال جذع وتنظر إلى أسفل طوال الطريق (كما هو موضح أعلاه). تمامًا كما تعمل تدرجات الأكسين لتنسيق النمو على طول طول النبات ، فإنها تنسقه أيضًا بشكل شعاعي ، حيث تميل الحدود القصوى إلى تباعد نفسها عن بعضها البعض قدر الإمكان. هذا يؤدي إلى نمو الفروع في جميع الاتجاهات بالتساوي (في المتوسط).

أرحب بالتعليقات على هذه الإجابة ، حيث أعتقد أنه من المهم جدًا فهم نمو النبات لدرجة أنني أرغب في صقل إجابتي لجعلها جيدة قدر الإمكان.


لا يفعلون ذلك دائمًا. على سبيل المثال ، تنمو شجرة التفاح هذه خارج نافذتي:

حتى الآن ، لم تسقط بعد. السبب في نموها بهذه الطريقة هو أن كل الضوء يأتي من الجانب الأيمن من الصورة: تميل الشجرة تقريبًا إلى الجنوب الشرقي ، بينما يقع المبنى إلى الجنوب الغربي منه ويلقي بظلاله على وسط الفناء لمعظم يوم. أيضًا ، إلى اليسار ، يمكنك رؤية أغصان الأشجار الأخرى الأطول والتي تحجب إلى حد كبير جميع المناور المتناثرة من هذا الاتجاه.


كما هو موضح في إجابةIlmariKaronen ، هذا ليس هو الحال دائمًا. تميل معظم الأشجار المزروعة بجوار الجوانب المظللة للمباني إلى الانحناء بعيدًا عن المبنى. يمكن لبعض الأشجار أن تتحمل ظلًا أكثر من غيرها ، وهذا سيرسل فروعًا إلى ظلال المباني. لا تنمو أبدًا كثيفة أو قوية في الظل. سبب نمو النباتات باتجاه الضوء هو توجه ضوئي. عندما يضرب الضوء جذع النبات ، يتم تدمير الأكسينات التي تحدد طول الساق ، مما يقلل من مقدار النمو على هذا الجانب من الساق. عندما يحدث هذا ، تنحني السيقان نحو مصدر الضوء من عدم توازن الأكسينات في الساق. السبب في أن الجانب المظلل أضعف هو أن جميع الأشجار تعتمد على التمثيل الضوئي للحصول على طاقتها. بالطبع ، لن يؤدي الجانب الذي لا يحتوي على ضوء الشمس المباشر قدرًا كبيرًا من التمثيل الضوئي ، وبالتالي فهو يمتلك طاقة أقل بكثير لينمو بها. أيضًا ، العديد من الأشجار الكبيرة غير متوازنة ، وأحيانًا يكون كل الوزن على جانب واحد. الجذور تحملهم.


شاهد الفيديو: Bean Time-Lapse - 25 days. Soil cross section (كانون الثاني 2022).