מה זה פוטוטרופיזם?

הנחת את הצמח המועדף עליך על אדן חלון שטוף שמש. בקרוב אתה מבחין בצמח המתכופף לעבר החלון במקום לגדול ישר כלפי מעלה. מה בעצם עושה הצמח הזה ומדוע הוא עושה זאת?

התופעה שאתה עדים לה נקראת פוטוטרופיזם. לקבלת רמז למשמעות המילה הזו, שימו לב שהקידומת "תמונה" פירושה "אור", והסיומת "טרופיזם" פירושה "פנייה". אז, פוטוטרופיזם הוא כאשר צמחים מסתובבים או מתכופפים לכיוון האור.

צמחים זקוקים לאור כדי לעורר את ייצור האנרגיה; תהליך זה נקרא פוטוסינתזה. האור הנוצר מהשמש או ממקורות אחרים נחוץ, יחד עם מים ופחמן דו חמצני, כדי לייצר סוכרים לשימוש הצמח כאנרגיה. חמצן מיוצר גם וצורות חיים רבות דורשות זאת לצורך הנשימה.

פוטוטרופיזם הוא ככל הנראה מנגנון הישרדות שאומץ על ידי צמחים כך שהם יוכלו לקבל כמה שיותר אור. כאשר עלים צמחיים נפתחים לכיוון האור, יכול להתקיים פוטוסינתזה נוספת, מה שמאפשר לייצר יותר אנרגיה.

חוות דעת מוקדמות על הגורם לפוטוטרופיזם היו שונות בקרב מדענים. תיאופרסטוס (371 B.C.-287 לפנה"ס) סבר כי פוטוטרופיזם נגרם על ידי הסרת נוזלים הצד המואר של גבעול הצמח, ופרנסיס בייקון (1561-1626) הניח בהמשך כי פוטוטרופיזם נובע מ נבולל. רוברט שרוק (1630-1684) האמין שצמחים מפותלים בתגובה ל"אוויר צח ", וג'ון ריי (1628-1705) חשב שצמחים נשענים לעבר הטמפרטורות הקרות יותר קרוב לחלון.

זה היה תלוי ב צ'ארלס דארווין (1809-1882) לביצוע הניסויים הרלוונטיים הראשונים בנושא פוטוטרופיזם. הוא שיער כי חומר שיוצר בקצה גרם לעקמת הצמח. באמצעות צמחי ניסוי, דרווין ערך ניסויים בכיסוי עצות של צמחים מסוימים והשאיר אחרים חשופים. הצמחים עם קצות הכיסוי לא התכופפו לכיוון האור. כאשר כיסה חלק תחתון של גבעולי הצמח אך הותיר את הקצות חשופים לאור, אותם צמחים התקדמו לעבר האור.

דארווין לא ידע מה היה "החומר" המיוצר בקצה או כיצד הוא גרם לגזע הצמח להתכופף. למרות זאת, ניקולאי חולודני ופריץ 'הלכו מצא בשנת 1926 שכאשר רמות גבוהות של חומר זה עברו לצד המוצל של גזע צמח, גזע זה היה מתכופף ומתעקם כך שהקצה ינוע לכיוון האור. ההרכב הכימי המדויק של החומר, שנמצא כהורמון הצמח המזוהה הראשון, לא הוברר עד כה קנת טימן (1904-1977) בודד וזיהה אותה כחומצה אינדול-3-אצטית, או אוקסין.

המחשבה הנוכחית על המנגנון שמאחורי הפוטוטרופיזם היא כדלקמן.

אור באורך גל של כ -450 ננומטר (אור כחול / סגול) מאיר צמח. חלבון הנקרא פוטו-קולטן תופס את האור, מגיב אליו ומעורר תגובה. הקבוצה של חלבוני פוטו-קולטני אור כחול האחראים לפוטוטרופיזם נקראים פוטוטרופינים. לא ברור בדיוק כיצד פוטוטרופינים מאותתים על תנועת האוקסין, אך ידוע כי אוקסין עובר לצד האפל והמוצל של הגבעול בתגובה לחשיפת האור. אוקסין ממריץ את שחרורם של יוני מימן בתאים בצד המוצל של הגבעול, הגורמים לירידה ברמת החומציות של התאים. הירידה ב- pH מפעילה אנזימים (המכונים מרחבים) הגורמים לתאים להתנפח ולהוביל את הגבעול להתכופף לעבר האור.

• אם יש לך צמח שחווה פוטוטרופיזם בחלון, נסה להפוך את הצמח לכיוון ההפוך, כך שהצמח יתכופף מהאור. לוקח לצמח להסתובב כשמונה שעות אחורה לכיוון האור.
• צמחים מסוימים צומחים מהאור, תופעה המכונה פוטוטרופיזם שלילי. (למעשה שורשי הצמח חווים זאת; שורשים בהחלט לא צומחים לעבר האור. מילה נוספת למה שהם חווים היא כיפוף הכבידה לכיוון משיכה כבידתי.)
• פוטונסטיה אולי נשמעת כמו תמונה של משהו איכס, אבל זה לא. זה דומה לפוטוטרופיזם בכך שהוא כרוך בתנועה של צמח עקב גירוי אור, אך בפוטונסטיה התנועה אינה לכיוון גירוי האור, אלא לכיוון שנקבע מראש. התנועה נקבעת על ידי הצמח עצמו ולא על ידי האור. דוגמא לפוטונסטיה היא פתיחה וסגירה של עלים או פרחים, בגלל נוכחות או היעדר אור.