26.4: دور نباتات البذور
- Page ID
- 196754
المهارات اللازمة للتطوير
- اشرح كيف يرجع تنوع أنجيوسبيرم جزئيًا إلى التفاعلات المتعددة مع الحيوانات
- وصف الطرق التي يحدث بها التلقيح
- ناقش الأدوار التي تلعبها النباتات في النظم البيئية وكيف تهدد إزالة الغابات التنوع البيولوجي النباتي
بدون نباتات البذور، لن تكون الحياة كما نعرفها ممكنة. تلعب النباتات دورًا رئيسيًا في الحفاظ على النظم البيئية الأرضية من خلال تثبيت التربة وتدوير الكربون والاعتدال المناخي. تطلق الغابات الاستوائية الكبيرة الأكسجين وتعمل كأحواض لثاني أكسيد الكربون. توفر نباتات البذور المأوى للعديد من أشكال الحياة، فضلاً عن الغذاء للحيوانات العاشبة، وبالتالي تغذي الحيوانات آكلة اللحوم بشكل غير مباشر. تستخدم المستقلبات النباتية الثانوية للأغراض الطبية والإنتاج الصناعي.
الحيوانات والنباتات: عاشبة
إن التطور المشترك للنباتات المزهرة والحشرات هو فرضية حظيت بالكثير من الاهتمام والدعم، خاصة لأن كل من كاسيات البذور والحشرات تنوعت في نفس الوقت تقريبًا في منتصف الميزوزويك. عزا العديد من المؤلفين تنوع النباتات والحشرات إلى التلقيح والحيوانات العاشبة، أو استهلاك النباتات من قبل الحشرات والحيوانات الأخرى. يُعتقد أن هذا كان قوة دافعة مثل التلقيح. لوحظ التطور المشترك للحيوانات العاشبة والدفاعات النباتية في الطبيعة. على عكس الحيوانات، لا تستطيع معظم النباتات تجاوز الحيوانات المفترسة أو استخدام التقليد للاختباء من الحيوانات الجائعة. يوجد نوع من سباق التسلح بين النباتات والحيوانات العاشبة. «لمكافحة» الحيوانات العاشبة، تحتوي بعض بذور النباتات - مثل البلوط والبرسيمون غير الناضج - على نسبة عالية من القلويات وبالتالي فهي سيئة بالنسبة لبعض الحيوانات. النباتات الأخرى محمية باللحاء، على الرغم من أن بعض الحيوانات طورت قطعًا متخصصة في الفم لتمزيق المواد النباتية ومضغها. تردع الأشواك والأشواك (الشكل\(\PageIndex{1}\)) معظم الحيوانات، باستثناء الثدييات ذات الفراء السميك، وبعض الطيور لديها مناقير متخصصة لتجاوز هذه الدفاعات.
تم استخدام الأعشاب من قبل نباتات البذور لمصلحتها الخاصة في عرض العلاقات المتبادلة. إن تشتت الفاكهة من قبل الحيوانات هو المثال الأكثر لفتًا للانتباه. يوفر النبات للحيوانات العاشبة مصدرًا مغذيًا للغذاء مقابل نشر المادة الوراثية للنبات إلى منطقة أوسع.
من الأمثلة المتطرفة على التعاون بين الحيوان والنبات حالة أشجار الأكاسيا والنمل. تدعم الأشجار الحشرات بالمأوى والغذاء. في المقابل، يثبط النمل الحيوانات العاشبة، اللافقاريات والفقاريات، عن طريق لسع ومهاجمة الحشرات الآكلة للأوراق.
الحيوانات والنباتات: التلقيح
الأعشاب هي مجموعة ناجحة من النباتات المزهرة التي يتم تلقيحها بالرياح. تنتج كميات كبيرة من حبوب اللقاح البودرة التي تنقلها الرياح لمسافات كبيرة. الزهور صغيرة وتشبه الخفة. كما يتم تلقيح الأشجار الكبيرة مثل البلوط والقيقب والبيرش بالرياح.
تعتمد أكثر من 80 بالمائة من كاسيات البذور على الحيوانات للتلقيح: نقل حبوب اللقاح من الأنف إلى الوصمة. وبالتالي، طورت النباتات العديد من التعديلات لجذب الملقحات. يمكن أن تكون خصوصية الهياكل النباتية المتخصصة التي تستهدف الحيوانات مفاجئة للغاية. من الممكن، على سبيل المثال، تحديد نوع الملقح الذي يفضله النبات فقط من خلال خصائص الزهرة. تفرز العديد من الطيور أو الأزهار الملقحة بالحشرات الرحيق، وهو سائل سكري. كما أنها تنتج كلًا من حبوب اللقاح الخصبة للتكاثر وحبوب اللقاح المعقمة الغنية بالعناصر الغذائية للطيور والحشرات.
يمكن للفراشات والنحل اكتشاف الأشعة فوق البنفسجية. عادةً ما تعرض الأزهار التي تجذب هذه الملقحات نمطًا من الانعكاس المنخفض للأشعة فوق البنفسجية التي تساعدها على تحديد مركز الزهرة بسرعة وجمع الرحيق أثناء غبارها بحبوب اللقاح (الشكل\(\PageIndex{2}\)). تفضل الطيور الطنانة الزهور الحمراء الكبيرة ذات الرائحة القليلة وشكل القمع الطويل، والتي تتمتع بإدراك جيد للألوان، وضعف حاسة الشم، وتحتاج إلى جثم قوي. الزهور البيضاء التي تفتح في الليل تجذب العث. يمكن أن تعمل الحيوانات الأخرى - مثل الخفافيش والليمور والسحالي - أيضًا كعوامل تلقيح. يمكن أن يؤدي أي اضطراب في هذه التفاعلات، مثل اختفاء النحل نتيجة لاضطرابات انهيار المستعمرات، إلى كارثة للصناعات الزراعية التي تعتمد بشكل كبير على المحاصيل الملقحة.
الاتصال بالمنهج العلمي: اختبار جاذبية الذباب برائحة اللحم المتعفن
سؤال: هل ستجذب الأزهار التي تقدم إشارات للنحل ذباب الجيف إذا تم رشها بمركبات تنبعث منها رائحة اللحم الفاسد؟
خلفية: زيارة الأزهار عن طريق تلقيح الذباب هي دالة في الغالب على الرائحة. ينجذب الذباب إلى اللحم المتعفن والجيف. يبدو أن الرائحة الكريهة هي الجاذب الرئيسي. يعد البوليامين والبوتريسين والكادافيرين، وهما من منتجات تكسير البروتين بعد موت الحيوانات، مصدرًا للرائحة النفاذة للحوم المتحللة. تجذب بعض النباتات الذباب بشكل استراتيجي عن طريق تصنيع البوليامينات المشابهة لتلك الناتجة عن تحلل اللحم وبالتالي جذب ذباب الجيف.
يبحث الذباب عن الحيوانات الميتة لأنها عادة ما تضع بيضها عليها وتتغذى اليرقات على اللحم المتحلل. ومن المثير للاهتمام أن وقت الوفاة يمكن أن يحدده عالم الحشرات الشرعي بناءً على مراحل ونوع اليرقات المستردة من الجثث.
الفرضية: نظرًا لأن الذباب ينجذب إلى الكائنات الحية الأخرى بناءً على الرائحة وليس البصر، فإن الزهرة التي عادة ما تكون جذابة للنحل بسبب ألوانها ستجذب الذباب إذا تم رشها بالبوليامينات المشابهة لتلك الناتجة عن اللحم المتحلل.
اختبر الفرضية:
- اختر الأزهار التي عادة ما يتم تلقيحها بواسطة النحل. قد تكون البتونيا البيضاء اختيارًا جيدًا.
- قسّم الأزهار إلى مجموعتين، وأثناء ارتداء واقي العين والقفازات، قم برش مجموعة واحدة بمحلول من البوتريسين أو الكادافيرين. (يتوفر ثنائي هيدروكلوريد بوتريسين عادةً بتركيز 98 بالمائة؛ يمكن تخفيفه إلى حوالي 50 بالمائة لهذه التجربة.)
- ضع الأزهار في مكان يتواجد فيه الذباب، مع الحفاظ على فصل الزهور المرشوشة وغير المرشوشة.
- راقب حركة الذباب لمدة ساعة واحدة. سجل عدد الزيارات للزهور باستخدام جدول مشابه للجدول\(\PageIndex{1}\). نظرًا للحركة السريعة للذباب، قد يكون من المفيد استخدام كاميرا فيديو لتسجيل التفاعل بين الذبابة والزهرة. أعد تشغيل الفيديو بحركة بطيئة للحصول على سجل دقيق لعدد زيارات الذباب للزهور.
- كرر التجربة أربع مرات أخرى مع نفس نوع الزهور، ولكن باستخدام عينات مختلفة.
- كرر التجربة بأكملها بنوع مختلف من الزهور التي عادة ما يتم تلقيحها بواسطة النحل.
| الإصدار التجريبي # | زهور مرشوشة | زهور غير مرشوشة |
|---|---|---|
| 1 | ||
| 2 | ||
| 3 | ||
| 4 | ||
| 5 |
تحليل البيانات الخاصة بك: راجع البيانات التي قمت بتسجيلها. قم بمتوسط عدد الزيارات التي قام بها الذباب لرش الزهور على مدار التجارب الخمس (على نوع الزهرة الأول) ومقارنتها مع متوسط عدد الزيارات التي قام بها الذباب إلى الزهور غير المرشوة/المتحكمة. هل يمكنك استخلاص أي استنتاجات بشأن جذب الذباب إلى الزهور التي يتم رشها؟
بالنسبة لنوع الزهرة الثاني المستخدم، قم بحساب متوسط عدد الزيارات التي قام بها الذباب لرش الزهور على مدار التجارب الخمس ومقارنتها بمتوسط عدد الزيارات التي قام بها الذباب إلى الزهور غير المرشوة/المتحكمة. هل يمكنك استخلاص أي استنتاجات بشأن جذب الذباب إلى الزهور التي يتم رشها؟
قارن وقارن بين متوسط عدد الزيارات التي قام بها الذباب إلى نوعي الزهور. هل يمكنك استخلاص أي استنتاجات حول ما إذا كان لظهور الزهرة أي تأثير على جاذبية الذباب؟ هل تجاوزت الرائحة أي اختلافات في المظهر، أم أن الذباب انجذب إلى نوع من الزهور أكثر من الآخر؟
تشكيل استنتاج: هل تدعم النتائج الفرضية؟ إذا لم يكن الأمر كذلك، فكيف يمكن تفسير ذلك؟
أهمية نباتات البذور في حياة الإنسان
نباتات البذور هي أساس النظام الغذائي البشري في جميع أنحاء العالم (الشكل\(\PageIndex{3}\)). تأكل العديد من المجتمعات طعامًا نباتيًا بشكل حصري تقريبًا وتعتمد فقط على نباتات البذور لتلبية احتياجاتها الغذائية. تهيمن بعض المحاصيل (الأرز والقمح والبطاطس) على المشهد الزراعي. تم تطوير العديد من المحاصيل خلال الثورة الزراعية، عندما انتقلت المجتمعات البشرية من الصيد الرحل إلى البستنة والزراعة. توفر الحبوب الغنية بالكربوهيدرات العنصر الأساسي في العديد من الأنظمة الغذائية البشرية. توفر الفاصوليا والمكسرات البروتينات. تُشتق الدهون من البذور المسحوقة، كما هو الحال بالنسبة لزيوت الفول السوداني وبذور اللفت (الكانولا)، أو الفواكه مثل الزيتون. كما تستهلك تربية الحيوانات كميات كبيرة من المحاصيل.
المحاصيل الأساسية ليست الغذاء الوحيد المشتق من نباتات البذور. توفر الفواكه والخضروات العناصر الغذائية والفيتامينات والألياف. يتم إنتاج السكر لتحلية الأطباق من قصب السكر أحادي اللون وبنجر السكر الأوديكوت. تُصنع المشروبات من منقوع أوراق الشاي أو أزهار البابونج أو حبوب البن المسحوقة أو حبوب الكاكاو المسحوقة. تأتي التوابل من العديد من الأجزاء النباتية المختلفة: الزعفران والقرنفل عبارة عن أسدية وبراعم، والفلفل الأسود والفانيليا من البذور، ولحاء الأدغال في عائلة لوراليس يزود القرفة، والأعشاب ذات النكهة تأتي العديد من الأطباق من الأوراق المجففة والفواكه، مثل الفلفل الحار الأحمر اللاذع. توفر الزيوت الطيارة من الزهور واللحاء رائحة العطور. بالإضافة إلى ذلك، لن تكتمل أي مناقشة حول مساهمة نبات البذور في النظام الغذائي البشري دون ذكر الكحول. يستخدم تخمير السكريات والنشويات المشتقة من النباتات لإنتاج المشروبات الكحولية في جميع المجتمعات. في بعض الحالات، تُشتق المشروبات من تخمير السكريات من الفاكهة، كما هو الحال مع النبيذ، وفي حالات أخرى، من تخمير الكربوهيدرات المشتقة من البذور، كما هو الحال مع البيرة.
نباتات البذور لها العديد من الاستخدامات الأخرى، بما في ذلك توفير الخشب كمصدر للأخشاب للبناء والوقود والمواد اللازمة لبناء الأثاث. معظم الورق مشتق من لب الأشجار الصنوبرية. يتم نسج ألياف نباتات البذور مثل القطن والكتان والقنب في القماش. كانت أصباغ النسيج، مثل النيلي، في الغالب من أصل نباتي حتى ظهور الأصباغ الكيميائية الاصطناعية.
أخيرًا، من الصعب تحديد فوائد نباتات بذور الزينة. هذه المساحات الخاصة والعامة تضيف الجمال والصفاء إلى حياة الإنسان وتلهم الرسامين والشعراء على حد سواء.
الخصائص الطبية للنباتات معروفة للمجتمعات البشرية منذ العصور القديمة. هناك إشارات إلى استخدام الخصائص العلاجية للنباتات في الكتابات المصرية والبابلية والصينية منذ 5000 عام. يتم اشتقاق أو تصنيع العديد من الأدوية العلاجية الاصطناعية الحديثة من المستقلبات الثانوية النباتية. من المهم ملاحظة أن نفس المستخلص النباتي يمكن أن يكون علاجًا علاجيًا بتركيزات منخفضة، ويصبح عقارًا إدمانًا بجرعات أعلى، ويمكن أن يقتل بتركيزات عالية. يعرض الجدول أدناه بعض الأدوية ونباتاتها الأصلية وتطبيقاتها الطبية.
| نبات | مركب | تطبيق |
|---|---|---|
| الباذنجان القاتل (أتروبا بيلادونا) | الأتروبين | توسيع حدقة العين لفحوصات العين |
| قفاز الثعلب (الرقمي هو اللون الأرجواني) | ديجيتاليس | أمراض القلب، تحفز ضربات القلب |
| يام (تطبيق ديوسكوريا) | الستيرويدات | هرمونات الستيرويد: حبوب منع الحمل والكورتيزون |
| الإيفيدرا (تطبيق الإيفيدرا) | إيفيدرين | مزيل الاحتقان وموسع القصبات |
| شاي المحيط الهادئ (تاكوس بريفوليا) | تاكسول | العلاج الكيميائي للسرطان؛ يمنع الانقسام الفتيلي |
| خشخاش الأفيون (Papaver somniferum) | المواد الأفيونية | مسكن (يقلل الألم دون فقدان الوعي) ومخدر (يقلل الألم بالنعاس وفقدان الوعي) بجرعات أعلى |
| شجرة الكينين (سينتشونا سوب.) | كينين | خافض للحرارة (يخفض درجة حرارة الجسم) ومضاد للملاريا |
| ويلو (تطبيق ساليكس) | حمض الساليسيليك (الأسبرين) | مسكن وخافض للحرارة |
الاتصال الوظيفي: عالم إثنوبوتاني
يدرس مجال علم النبات العرقي الجديد نسبيًا التفاعل بين ثقافة معينة والنباتات الأصلية في المنطقة. نباتات البذور لها تأثير كبير على الحياة البشرية اليومية. لا تعتبر النباتات المصدر الرئيسي للغذاء والدواء فحسب، بل إنها تؤثر أيضًا على العديد من جوانب المجتمع الأخرى، من الملابس إلى الصناعة. تم التعرف على الخصائص الطبية للنباتات في وقت مبكر في الثقافات البشرية. منذ منتصف القرن العشرين، بدأت المواد الكيميائية الاصطناعية تحل محل العلاجات النباتية.
علم الأدوية هو فرع علم الأدوية الذي يركز على الأدوية المشتقة من المصادر الطبيعية. مع العولمة والتصنيع الهائل، هناك قلق من أن الكثير من المعرفة البشرية بالنباتات وأغراضها الطبية ستختفي مع الثقافات التي عززتها. هذا هو المكان الذي يأتي فيه علماء النبات العرقي. لمعرفة وفهم استخدام النباتات في ثقافة معينة، يجب على عالم النباتات العرقية أن يجلب المعرفة بالحياة النباتية وفهم وتقدير الثقافات والتقاليد المتنوعة. تعد غابة الأمازون موطنًا لتنوع مذهل من النباتات وتعتبر موردًا غير مستغل للنباتات الطبية؛ ومع ذلك، فإن كل من النظام البيئي وثقافاته الأصلية مهددة بالانقراض.
لكي يصبح الشخص عالمًا في علم النبات العرقي، يجب أن يكتسب معرفة واسعة بالبيولوجيا النباتية والبيئة وعلم الاجتماع. لا تتم دراسة العينات النباتية وجمعها فحسب، بل يتم أيضًا دراسة القصص والوصفات والتقاليد المرتبطة بها. بالنسبة لعلماء النبات العرقي، لا يُنظر إلى النباتات فقط على أنها كائنات بيولوجية يجب دراستها في المختبر، ولكن كجزء لا يتجزأ من الثقافة البشرية. إن التقارب بين البيولوجيا الجزيئية والأنثروبولوجيا والبيئة يجعل مجال علم النبات العرقي علمًا متعدد التخصصات حقًا.
التنوع البيولوجي للنباتات
يضمن التنوع البيولوجي موردًا للمحاصيل الغذائية والأدوية الجديدة. تعمل الحياة النباتية على موازنة النظم البيئية وحماية مستجمعات المياه وتخفيف التآكل وتعديل المناخ وتوفير المأوى للعديد من أنواع الحيوانات. ومع ذلك، تأتي التهديدات للتنوع النباتي من عدة زوايا. إن انفجار السكان، وخاصة في البلدان الاستوائية حيث معدلات المواليد هي الأعلى والتنمية الاقتصادية على قدم وساق، يؤدي إلى التعدي البشري على مناطق الغابات. لإطعام عدد أكبر من السكان، يحتاج البشر إلى الحصول على الأراضي الصالحة للزراعة، لذلك هناك إزالة ضخمة للأشجار. تؤدي الحاجة إلى المزيد من الطاقة لتشغيل المدن الكبرى والنمو الاقتصادي فيها إلى بناء السدود، وما يترتب على ذلك من فيضان النظم البيئية، وزيادة انبعاثات الملوثات. تأتي التهديدات الأخرى للغابات الاستوائية من الصيادين الذين يقومون بقطع الأشجار بحثًا عن أخشابهم الثمينة. يُعد خشب الأبنوس وخشب الورد البرازيلي، وكلاهما مدرجان في القائمة المهددة بالانقراض، أمثلة على أنواع الأشجار التي تكاد تنقرض بسبب قطع الأشجار العشوائي.
يتزايد عدد الأنواع النباتية المنقرضة بمعدل ينذر بالخطر. نظرًا لأن النظم البيئية في توازن دقيق، وأن نباتات البذور تحافظ على علاقات تكافلية وثيقة مع الحيوانات - سواء كانت مفترسة أو ملقحات - يمكن أن يؤدي اختفاء نبات واحد إلى انقراض أنواع حيوانية متصلة. هناك مشكلة حقيقية وملحة وهي أن العديد من الأنواع النباتية لم يتم تصنيفها بعد، وبالتالي فإن مكانها في النظام البيئي غير معروف. هذه الأنواع غير المعروفة مهددة بقطع الأشجار وتدمير الموائل وفقدان الملقحات. قد تنقرض قبل أن تتاح لنا الفرصة للبدء في فهم الآثار المحتملة لاختفائها. تتخذ الجهود المبذولة للحفاظ على التنوع البيولوجي عدة خطوط عمل، من الحفاظ على بذور الإرث إلى ترميز الأنواع. تأتي بذور الإرث من النباتات التي كانت تزرع تقليديًا في مجموعات بشرية، على عكس البذور المستخدمة للإنتاج الزراعي على نطاق واسع. الترميز الشريطي هو تقنية يتم فيها استخدام تسلسل جيني قصير أو أكثر، مأخوذ من جزء جيد التوصيف من الجينوم، لتحديد الأنواع من خلال تحليل الحمض النووي.
ملخص
يرجع تنوع أنجيوسبيرم جزئيًا إلى التفاعلات المتعددة مع الحيوانات. فضلت الحيوانات العاشبة تطوير آليات الدفاع في النباتات، وتجنب آلية الدفاع هذه في الحيوانات. يتم التلقيح (نقل حبوب اللقاح إلى الكربل) بشكل أساسي بواسطة الرياح والحيوانات، وقد طورت كاسيات البذور العديد من التعديلات لالتقاط الرياح أو جذب فئات معينة من الحيوانات.
تلعب النباتات دورًا رئيسيًا في النظم البيئية. إنها مصدر للأغذية والمركبات الطبية، وتوفر المواد الخام للعديد من الصناعات. ومع ذلك، فإن إزالة الغابات السريعة والتصنيع يهددان التنوع البيولوجي النباتي. وهذا بدوره يهدد النظام البيئي.
مسرد المصطلحات
- الترميز الشريطي
- تقنية البيولوجيا الجزيئية التي يتم فيها استخدام تسلسل جيني قصير واحد أو أكثر مأخوذ من جزء جيد التوصيف من الجينوم لتحديد الأنواع
- المحاصيل
- نبات مزروع
- بذرة موروثة
- بذرة من نبات تمت زراعته تاريخيًا، ولكن لم يتم استخدامه في الزراعة الحديثة على نطاق واسع
- عاشبة
- استهلاك النباتات من قبل الحشرات والحيوانات الأخرى
- رحيق
- سائل غني بالسكريات التي تنتجها الأزهار لجذب الملقحات الحيوانية
- تلقيح
- نقل حبوب اللقاح من الآخر إلى وصمة العار