פרופ' יסמין מרוז חוקרת בביה״ס למדעי הצמח ואבטחת מזון, והמרכז לפיזיקה וכימיה של מערכות ביולוגיות, באוניברסיטת תל אביב. מעבדתה חוקרת את הפיזיקה של תהליכים חישוביים והתנהגות של צמחים.

פרחים תמיד ריתקו מדענים וחובבי טבע, לא רק בשל יופיים, אלא גם בשל תנועותיהם העדינות  והכמעט בלתי מורגשות. לפני למעלה ממאה שנים, צ'ארלס דרווין הבחין בכך שצמחים, כולל פרחים, מבצעים תנועה מחזורית מסוימת בעת גדילתם. תנועה זו, שנצפית גם בגבעולים וגם בשורשים, הפתיעה חוקרים: האם זו רק תוצאה של הגדילה, או שמא היא משרתת מטרה חשובה?

מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם אוניברסיטת קולורדו, בולדר, גילה שצמחים הגדלים בסביבה צפופה, בה כל צמח מטיל צל על שכנו, מוצאים פתרון קולקטיבי בעזרת תנועות אקראיות שמסייעות להם למצוא כיווני גדילה מיטביים. המחקר שופך אור על חידה מדעית שהעסיקה את החוקרים מאז דרווין  – 'התפקיד הפונקציונלי של תנועות פנימיות, מחזוריות, המכונות   (בעברית תנועה לוליינית).'circumnutations

המחקר נערך בהובלת פרופ' יסמין מרוז מבית הספר ל'מדעי הצמח ואבטחת מזון' בפקולטה  'וייז' למדעי החיים באוניברסיטת תל אביב, בשיתוף עם פרופ' אורית פלג מאוניברסיטת קולורדו בבולדר. צוות המחקר כלל את ד"ר שאנטל נגויין (בולדר) בארה"ב, רוני קמפינסקי ועמרי דרומי (אוניברסיטת תל אביב). המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Physical review X

https://journals.aps.org/prx/abstract/10.1103/PhysRevX.14.031027

 

האם לפרחים יש חוש כיוון?

פרופ' מרוז מסבירה: "מחקרים קודמים הראו שאם חמניות נשתלות בצפיפות בשדה ומצלות אחת על השנייה, הן גדלות בתבנית זיגזג – אחת קדימה ואחת אחורה – כדי לא להצל על שכנותיהן. כך הן גדלות זו לצד זו וממקסמות את החשיפה לאור השמש, ובכך את תהליך הפוטוסינתזה ברמה הקולקטיבית. צמחים יודעים להבדיל בין צל של מבנה לצל ירוק של עלה. אם הם חשים צל של מבנה – הם בדרך כלל לא משנים את כיוון הגדילה, כי הם 'יודעים' שזה לא ישפיע. אך אם הם חשים צל של צמח, הם יגדלו לכיוון אחר."

לדברי החוקרים, דרווין היה הראשון לזהות שכל הצמחים גדלים תוך כדי תנועה מחזורית הנראית גם בגבעולים וגם בשורשים. עם זאת, עד היום – למעט מקרים ספורים, כמו צמחים מטפסים המגדלים תנועות מעגליות גדולות כדי למצוא במה להיאחז – לא היה ברור אם זו תכונה חשובה או תופעת לוואי. מדוע צמח ישקיע אנרגיה לגדול לכיוונים אקראיים?

במחקר הנוכחי, החוקרים בדקו כיצד חמניות "יודעות" לגדול בצורה מיטבית – כדי למקסם את קליטת האור הקולקטיבית – וניתחו את דינמיקת הגדילה של חמניות במעבדה, שם הן מפגינות תבנית זיגזג. פרופ' מרוז וצוותה גידלו חמניות בסביבה צפופה וצילמו אותן במהלך הגדילה, עם תמונות כל כמה דקות. התמונות אוחדו לסרטון סטופ-מושן. במעקב אחרי תנועת כל חמנייה, ראו שהרבה מהפרחים "רוקדים" – כלומר מבצעות את התנועה האקראית.

"תנענע את עלי הכותרת שלך"

פרופ' מרוז : "במסגרת המחקר ערכנו ניתוח פיזיקלי שתיעד את התנהגות כל חמנייה בתוך הקולקטיב, וגילינו שהחמניות 'רוקדות' כדי למצוא את הזווית האופטימלית, כך שכל צמח לא יצל על שכנו. כימתנו את התנועה הזו סטטיסטית והראינו בסימולציות מחשב שתנועות אקראיות אלו משמשות את הצמחים למזער הצללה הדדית. היה מפתיע גם לגלות שפיזור 'הצעדים' של החמניות היה רחב מאוד, מניוד אפסי כמעט ועד לתזוזות של עד שני סנטימטרים כל כמה דקות בכיוונים שונים".

לסיכום פרופ' מרוז מוסיפה: "החמניות מנצלות את יכולתן להשתמש גם בצעדים קטנים ואיטיים וגם בצעדים גדולים ומהירים כדי למצוא את הסידור האופטימלי עבור הקולקטיב. אם טווח הצעדים היה קטן או גדול יותר, הסידור היה גורם להצללה רבה יותר ופחות פוטוסינתזה. זה מזכיר קצת מסיבת ריקודים צפופה, שבה המשתתפים זזים כדי לפנות מקום: אם הם זזים יותר מדי, הם מפריעים לאחרים, ואם הם זזים מעט מדי, הבעיה לא תיפתר. חמניות מפגינות דינמיקה תקשורתית דומה – שילוב של תגובה לצל של צמחים שכנים ותנועות אקראיות ללא קשר לגירויים חיצוניים."