یافته های جدید درباره ی گونه ای از گل میمون(monkeyflowers)

مدلی که توسط آلن تورینگ(Alan Turing) ارائه شده بود میتواند نقاط روی این گل ها را که به طور تصادفی پراکنده شده اند توضیح دهد.

به گزارش گروه خبرگزاری تبلیغات فضای سبز،دانشمندانی که گل های میمون رامطالعه می کنند ، گاه احساس می کنند که این گیاهان در حال نگاه کردن به آنها هستند.
گفته می شود که شکوفه ی این گل ها شبیه به چهره میمون های بازیگوش است و هم چنین یک ناحیه مرکزی لکه دار مانند دهان بر روی این گلها کاملا این نام گذاری  را تایید کرده و به زنبورها در راستای غنی کردن شهد شان کمک می کند.

بنیامین بلکمنBenjamin Blackman) ، زیست شناس گیاهان در دانشگاه کالیفرنیا می گوید: «این مانند یک لبخند دوستانه است که نشانگر پناهگاه مناسبی برای گرده افشان ها مانند حشرات میباشد و آن ها را به خود جذب میکند»همچنین یاوو یوانYaowu Yuan) ، زیست شناس دانشگاه کانکتیکات می گوید: «تضاد رنگ در گل های میمون باعث می شود که گرده افشانی کارآمدتر و مؤثرتر باشد.»

smartlandscape.ir

به گفته  یوان ، که دهه گذشته زندگی خود را وقف مطالعه این گل ها کرده است نقش های روی گلبرگ های این نوع گل ها فقط برای جذب حشرات نبوده  و یک نمونه ای از الگوهای موجود در چرخه حیات هستند.این الگوهای رنگی نیز مانند صف های منظم صدف های دریایی تا خطوط راه راه  گورخران ، ممکن است از بلوک های ساختاری تکاملی یکسان ایجاد شده باشند. در یک مطالعه جدید ، یوان و همکارانش نشان دادند که نقاط رنگی روی گلبرگ های گل میمون ،نتیجه اختلال ژنتیکی است. با کنترل کردن رنگدانه های هر سلول گیاهی ، این ژن ها می توانند تنوع رنگی بسیار زیادی تنها در یک گونه به وجود آورند.

این یافته های جدید ممکن است به تئوری قدیمی که نخستین بار توسط ریاضیدان انگلیسی آلن تورینگ(Alan Turing) در مورد عجیب ترین طرح های طبیعت بیان شده است ، اعتبار بخشد.بلکمن ، یکی از محققان ، می گوید: «الگوهای رنگدانه  در طبیعت، پیچیده و گسترده هستند اما یک سیستم نسبتاً ساده می تواند این پیچیدگی را ایجاد کند.»

smartlandscape.ir

گل میمون ترکیبی از دو گونه Mimulus cupreus و Mimulus variegatus
(سمت چپ) و
گونه Mimulus verbenaceus (سمت راست)

تنوع گسترده

الگو های بسیاری در طبیعت یافت میشود.این الگوها ابزاری بیولوژیکی قابل مشاهده به منظور  جفت یابی ، هشداربه شکارچیان و … هستند. محققان مدت ها است که می دانند این الگوها از مدل های ریاضی قابل پیشبینی پیروی می کنند. در دهه 1950 ، تورینگ برای توضیح بسیاری از الگوهای موجود در جهان بیولوژیک ، یک مدل “واکنش انتشاری” ارائه داد ، که در آن مواد شیمیایی با اثرات متضاد در یک ارگانیسم علیه یکدیگر کار می کنند.

به نظر می رسد ارگان ها از بلوک های ساختاری مولکولی یکسان استفاده می کنند تا نقوش بصری را ایجادکنند  .اما نحوه عملکرد ژنتیکی این چیدمان های رنگارنگ، به سختی قابل اثبات است. آیرین مارتینز(Irene Martinez) ، محقق گونه های Mimulus در دانشگاه بینگامتون ، می گوید: گل میمون ، یک گیاه سرسخت و در حال رشد از جنس میمولوس، با یک ژنوم نسبتاً ساده است و هم چنین یک ارگانیسم کامل برای مطالعه الگوهای طبیعت به حساب می آید.

گل های میمون حتی در یک گونه واحد ، در آرایشی از رنگ ها ، اشکال و الگوهای مختلف قرار می گیرند. در سالهای اخیر ، صدها دانشمند این گیاهان گیاهان را در گلخانه های خود پرورش دادند تا منبع ژنتیکی متنوع آنها و نقش تغییرات ژنتیکی در بقای این گونه ها در طبیعت را کشف کنند. مطالعه این گیاهان میتواند منبع مناسی برای تحقیق در مورد ساییر جانوران دارای الگو های بصری  مانند پلنگ ها به شمار آید.

آریل کولی(Arielle Cooley)  زیست شناس کالج ویتمن اظهار کرد: «گونه میمولوس قابلیت آزمایشی خوبی دارد و دارای سیستم قدرتمندی است.» یوان از انعطاف پذیری این گیاه برای تولید جهش ژنتیکی کامل گونه«Mimulus lewisii»در آزمایشگاه خود استفاده کرد. برخی از آنها الگوی نقطه ای معمولی خود را از دست دادند و در عوض یک لکه زرشکی یکنواخت شبیه یک زبان که بر روی زمینه ای از رنگ زرد و صورتی آویزان شده را نشان دادند.به طور اتفاقی ، بلکمن نیز در آزمایشگاه  خود مستقر در کالیفرنیا ، با پیدا کردن تعدادی از نمونه های قرمز زبان از گونه های نزدیک بهگونه «Mimulus guttatus » به ایده مشابه یوان دست یافت. بلکمن و یوان تصمیم گرفتند که تیم تحقیقات خود را آماده کنند تا مشتقات ژنتیکی ظاهری این گلها را بررسی کنند.

Pigment wars

تداخل رنگدانه ها با استفاده از ابزارهای ویرایش ژنتیکی قدرتمند مانند CRISPR ، تیم یوان و بلکمن گل های میمون جهش یافته زبان  قرمز را تجزیه و تحلیل کرده و آنها را دوباره در آزمایشگاه خود مهندسی کردند. آنها دو ژن موثر در شکل گیری الگوی لکه های قرمز  گل میمون را یافتند.برای اینکه یک سلول گل میمون ، قرمز رنگ شود ، باید اجزای رنگدانه ای به نام آنتوسیانین را با سرعت و به مقدار زیاد تولید کند- فرآیندی که توسط یک ژن فعال می شود. این فعال کننده ها باعث می شوندرگ دانه های بیشتری تولید شود و در صورت عدم کنترل این روند ، کل زبان گل، قرمز خواهد شد.برای کنترل این روند ، مولکول های فعال کننده یک “سرکوبگر” را نیز تولید می کنند که می تواند به سلول های مجاور نفوذ کرده ، فعال کننده های آنها را خاموش کند و از رنگ آمیزی جلوگیری کند. با دورشدن دستگاه سرکوبگر از سلول اول، باعث می شود تا سلول های دوردست فعال شوند و مجدداً رنگدانه را روشن کنند و لکه های جدیدی از رنگ روی گلبرگ ایجاد کنند.

smartlandscape.ir

گونه های گل میمون  Mimulus nudatus (سمت چپ) و Mimulus acutidens (راست).

نتیجه تحقیقات بر وی دانه های رنگی روی گل میمون بیانگر مدل واکنش انتشاری آلن تورینگ است.فقط دو ژن برای ایجاد این سیستم ساده کافی است که هر دو، نقش مهمی در تولید الگوهای رنگدانه دارند.اگر مولکول فعال کننده در میمولوس جهش یابد ،می تواند به تولید گلبرگ های بدون نقاط رنگی منجر شود و اگر مولکول سرکوبگر جهش یابد، می تواند گلهایی با لکه های قرمز ایجاد کند که هر دو حالت منجر به دفع زنبور های عسل و اخلال در فرآیند گرده اقشانی می شود.دانشمندان معتقدند مدل آلن تورینگ در تعیین هر الگوی تصویری که در طبیعت تکرار می شود ، نقش دارد.با استفاده از یافته های تیم تحقیقاتی در باره ی گل میمون،اکنون میتوان به تحقیق درباره ی سایر معادلات این چنینی در طبیعت پرداخت.

اسرار میمولوس

با استفاده از یافته ها در مورد عمکرد مولکول های سرکوبگر و فعال کننده،اکنون دانشمندان قادر خواهند بود گیاهان گونه میمولوس را تکثیر کنند اما با توجهبه پیچیدگی های سیستم های بیولوژیکی این امر ساده به نظر نمی رسد.