الساعة البيولوجية ...... استجابة لنداء الحياة

الساعة البيولوجية ...... استجابة لنداء الحياة (الجزء الاول)

د. رياض خليل البرهاوي                       د. أسامة محمد سعيد النعيمي

قسم علوم الحياة / كلية العلوم / جامعة الموصل

 

تشير المصادر العلمية الى ان اول من لاحظ ظاهرة الساعة البيولوجية في النباتات العالم (Androthenes) ... (400 سنة قبل الميلاد) ؟ والذي كان يعمل لدى الاسكندر الأكبر بعد تلك الفترة ولمدة طويلة تتابعت الملاحظات والدراسات حول الظاهرة ولحد الآن وعلى الرغم من كل هذه الدراسات البسيطة منها والمتعمقة الا أن السؤال المحير لازال باقياً ولم يتم العثور له على إجابة وافية ، ماهو نظام التوقيت الداخلي بالتحديد ؟ في خمسينيات القرن الماضي كانت الأمور تتجه نحو إجراء دراسات معمقة حول ظاهرة الساعة البيولوجية ولم يقتصر العمل على النباتات بل تعدى الأمر إلى الحيوان والإنسان كما واصبح تأثير طول النهار جلياً في تأثيره على الكائنات الحية والذي هو انعكاس للارتفاع عن سطح الأرض والذي يعكس تأثيره على الفعاليات الحيوية المهمة كما أصبح مصطلح التعاقب الضوئي (Photoperiodism) جلياً في تأثيره على عملية التزهير في النباتات وكاستجابة لطول او قصر النهار ولم يقتصر الامر على تأثير ضوء النهار بل تبين بان طول فترة الظلام ذات اهمية بالغة في تأثيرها كل هذه الامور تلخص حقيقة واحدة وهي أن النباتات لها القابلية على قياس فترة الاضاءة (النهار) والظلام (الليل) وهناك أدلة قاطعة على أن للحيوانات نفس القابلية كما ان انعكاسات هذه الظاهرة عديدة ومتنوعة تتمثل في (تحديد طبيعة اللون ، توقيت فترة التزاوج ، وهجرة الطيور ...... وغيرها) .

 

شواهد من عالم النبات :

1.  تحتوي اوراق النباتات على الثغور والتي تتباين انواعها واعدادها وطرق توزيعها في النباتات المختلفة وهي بمثابة فتحات للتبادل الغازي مابين النبات والمحيط الخارجي ووسيلة للتخلص من بخار الماء ويتم حراسة الثغور بواسطة خلايا حارسة وعند دخول الماء الى الخلايا الحارسة يزداد الضغط الانتفاخي ويتم بذلك فتح الثغرة ويحصل العكس تماماً عند خروج الماء من الخلايا الحارسة . ولغابة سنة 1968 كان هناك قناعة كاملة بان عملية فتح الثغور يرافقها تراكم لايون البوتاسيوم K⁺ في الخلايا الحارسة وكلما كان هناك تراكم لهذه الايونات يرافقه تراكم لايونات الهيدروجين H⁺ خارج الخلايا الحارسة ومن هذا التوزيع البسيط للايونات تنشأ مضخة البروتونات وذلك بتكسير ATP الى ADP + فوسفور .

ماعلاقة كل ذلك بفتح وغلق الثغور ؟ وماهو الشي^ء الذي ينظم هذه العملية ؟!

لقد تبين بان الطيف الازرق من ضوء الشمس (الطول الموجي 422 نانوميتر) هو اشارة البدء لعملية فتح الثغور هذه العملية تترافق مع امتصاص صبغة الفلافين لهذا الطول الموجي والتي بدورها ترسل ايعازات تظهر بشكل استجابة سايتوبلازمية والتي تنتهي بتفعيل المضخة البروتونية . كذلك هناك مستقبل في الغشاء البلازمي للخلايا الحارسة والتي تعمل على تقليل من عمل مضخة البروتونات عند ارتفاع تراكيز ثاني اوكسيد الكربون وكما هو الحال عند توقف عملية البناء الضوئي (حامض الابسيسك [ABA] ايضاً بسبب غلق الثغور خصوصاً في الاوراق الذابلة) . 

اذا تم حفظ النباتات في الظلام سوف يتم فتح وغلق الثغور خلال 24 ساعة كما لو ان هذه النباتات تستجيب لاشعة الشمس خلال النهار واختفاء ضوء الشمس خلال الليل !! هذا يدل ببساطة على ان هناك نوع من الساعة الداخلية والتي تحفظ الوقت بدقة لكي تستمر الحياة بصورتها الطبيعية .

 

 

2.  النمو غير المتساوي والناتج عن الاتصال باشياء صلبة يطلق عليه (Thigmotropism) وكمثال على هذه الاستجابة التفاف المحاليق او السيقان في النباتات (مثل زهرة الصباح) فالنبات ينمو الى أن يتصل بشي^ء ما ! عندما تصبح الخلايا في تماس مع ذلك الشي^ء والجزء المتصل ينمو أقل من الجهة المعاكسة حيث يلاحظ فيها استطالة . هذه العملية تكون سريعة بحيث يتم الالتفاف على الاجسام خلال عشر دقائق . وتستمر هذه العملية باستمرار ويمكن ان تدوم لعدة ايام في مواقع مختلفة من النبات . الاستجابة يمكن ان تتأخر في ظروف الظلام وتعاود نشاطها بقوة عند وجود الضوء . لقد تبين من خلال الدراسات بأن (ATP) (الادينوسين ثلاثي الفوسفات) وليس الضوء ! هو المسبب لهذه الاستجابة لذلك يمكن الخروج باستنتاج مفاده بان الحاجة الى الضوء ربما ببساطة هي تلبية الاحتياجات من ATP وكذلك الحال بالنسبة لهرمونات الاوكسين والاثيلين التي تساهم في عملية الالتفاف والانحناء حتى في عدم وجود تماس مباشر ؟! ان الاستجابة للمحفزات او التأثيرات المناخية هي جزء من هذه الظاهرة (Thigmotropism) والتي بموجبها يتحفز النبات بأكمله لتأثير معين (الرياح مثلاً) .

 

المحاليق في نبات زهرة الصباح

الايقاعات السركادية في النباتات(Circadian Rythms)

السلوك والاستجابة للعوامل المحيطة بالكائنات الحية كان دائماً تحت عين المجهر من قبل العلماء والباحثين الذين لم يهتموا بامر الامم والشعوب واختلاف الاديان والمذاهب فقط بل توجه اهتمامهم الى ادق من ذلك .. اتجهت انظارهم الى سلوكيات الكائنات الغير اعتيادية ومن بينها النباتات .

ولو القينا نظرة فاحصة على نمو النباتات تحت الظروف الطبيعية لوجدناها تنمو في بيئة تتباين فيها العديد من العوامل وبصورة ايقاعية ومحكومة بزمن الاربع وعشرين ساعة التي يشطرها الليل والنهار الى نصفين غير متساويين وبسبب ذلك ستتغير كافة العوامل المحيطة بنا من ضوء ودرجة حرارة كذلك هذا التباين والتغاير مصاحب بتغيرات عوامل جيوفيزيائية اخرى مثل شدة الحقل المغناطيسي للارض وكثافة الاشعة الكونية بل حتى ما يحيط بنا من موجات كهرومغناطيسية والتي تؤثر في حياة كافة الكائنات الحية ، وعلى هذا الاساس فليس من المستغرب في هذه الحالة ان تتأثر النباتات كغيرها من الكائنات الحية بهذه المؤثرات والتي تنعكس مباشرة على الفعاليات الفسلجية والكيموحيوية فيها .

  

لقد عرف السلوك الايقاعي للنباتات وتأثره بمجمل العوامل المذكورة آنفاً ، كما ان مفهوم الايقاع الناتج بفعل المؤثرات الداخلية اصبح مألوفاً بعد طول مدة التكيف التي عانتها كافة الكائنات ، والاستجابة للمؤثرات موجود في النباتات تحت الظروف الطبيعية وتأخذ اشكال شتى ولكنها لاتدوم لفترات طويلة الا في البيئات المتوازنة فقط وتنتج كمحصلة للتحفيز الداخلي وبصورة دورية ، فعلى سبيل المثال كل من فطر Pilopolus crystallinus وفطر Sordaria fimicola يقذفان ابواغهما بصورة ايقاعية في الظروف الطبيعية ولكن هذه الايقاعية تزول حال وضع الفطرين تحت ظروف ثابتة لفترة طويلة ، ان استمرار الايقاع تحت الظروف الثابتة من ضوء وحرارة ليس دليلاً كافياً بدورهم على الطبيعة الداخلية لذلك الايقاع وتحت الظروف المسيطر عليها ، فالايقاع قد ينتج مباشرة من التحفيز الدوري المنتظم لواحد من العوامل الجيوفيزيائية ، ولقد لوحظت الايقاعات السركادية في العديد من النباتات وفيما يلي جدول لنماذج من تلك الايقاعات في المملكة النباتية .

المجموعة النباتية	الامثلــــة	الايقاع
الطحالب	Hydrodictyon reticulatum   Oedogonium cardiacum   Acetabularia major	البناء الضوئي ، التنفس تكوين السبورات البناء الضوئي
الفطريات	Daldinia concentrica   Pilobolus sphaerosporus   Neurospora crassa	قذف السبورات قذف الحوافظ السبورية النمو
النباتات التريدية	Selaginella serpens	تحديد شكل البلاستيدات
النباتات البذرية	Phaseolus multiflorus   Avena sativa   Bryophyllum fedtschenkoi	حركة الاوراق معدل النمو في القمة النامية تثبيت CO2 في الظلام

    وفي الوقت الذي تجري فيه هذه الفعاليات الحيوية بصورة منتظمة فان هناك دراسات عديدة اشارت الى امكانية تغيير ترددات الايقاع في النباتات بفعل التباين الدوري في كثافة الضوء وشدة الحرارة ولفترات قد تصل بين 36-6 ساعات ، كما وجد ان العديد من النباتات لاتستجيب مباشرة لهذا التغيير الجديد في ترددات الايقاع .

ان العوامل المذكورة آنفاً والتي بموجبها نخضع النبات للتغيرات السركادية يمكن ان تكون مثبطة اذا ما كان التغيير فيها شديداً وقاسياً ويدوم لفترات طويلة ، وعلى هذ الاساس اصبحت الايقاعات السركادية في الوقت الحاضر حقيقة ثابتة بفعل الدراسات التفصيلية التي اجريت على العديد من الكائنات الحية ، ولقد وجد ان النظام المسؤول عن ذلك يقع في السايتوبلازم او عضياته والتي يمكن ان تعمل بصورة مستقلة تماماً عن النواة على الرغم من ان النواة تلعب دوراً اساسياً في السيطرة على اطوار الانظمة السركادية السايتوبلازمية !!

في ضوء هذه الحقائق يمكن ان نستنتج بان الكائنات الحية وعند كل مستويات التنظيم لديها القابلية على تنظيم فعالياتها الحيوية وفق اسس مؤقتة وان مفهوم الساعة البايولوجية قد اصبح حقيقة ثابتة واصبح جلياً ان الساعات البايولوجية يمكن ان يكون لها تطبيقات عملية في العلوم الطبية والزراعية والصيدلانية اضافة الى العلوم الاجتماعية والسلوكية ، ولو ان الكثير من العوامل التي يعاني منها الانسان بشكل خاص لها تاثيرات سركادية غير محسوبة ، وعلى سبيل المثال تأثير الموجات الدقيقة Microwave على حياتنا ، خاصة عندما نتعرض اليها بكميات غير محسوبة ومن اجهزة قد تكون غير صالحة للعمل في بلدان المنشأ ودخلت في احضاننا لنتجرع منها التحولات السرطانية والامراض المبهمة والعقم والحالات النفسية الغير اعتيادية ، فهل قيست كل هذه الجرع وحسبت نتائجها علينا .... ام أن القرار ليس مرتبطاً بالايقاعات السركادية .

 

د. رياض خليل البرهاوي     د. اسامة محمد سعيد النعيمي

كلية العلوم / جامعة الموصل