מחקר חדש, שערכו חוקרים מאוניברסיטת תל אביב, חושף כיצד צמחים, שאין להם מוח או מערכת עצבים מרכזית, קולטים ומשקללים אור המגיע ממספר כיוונים.
החוקרים מצאו כי הצמח יודע לכמת את העוצמה והכיוון של כל מקור אור, ולחשב כיוון מועדף. קולטני אור הפזורים סביב הגבעול קולטים את מקורות האור באופן מקומי, ממירים את עוצמתם לאותות ביולוגיים ש״מקודדים״ את המידע על מקורות האור, ורק לאחר מכן סוכמים אותם. במקרים מסוימים מנגנון זה עלול לגרום לצמח להגיב לכיוון מעט שונה מזה שבו נמצאת התאורה המרבית בפועל – תופעה שהחוקרים מגדירים כמעין "אשליה אופטית".
אשליה אופטית בצמחים
(צילום: רוני קמפינסקי)
המחקר נערך על ידי אהרון קמפינסקי, ד"ר אמיר פורת, ד"ר מתייה ריבייר ופרופ' יסמין מרוז מבית הספר למדעי הצמח ואבטחת מזון ומהמרכז לפיזיקה וכימיה של מערכות חיות באוניברסיטת תל אביב. המחקר פורסם בכתב העת PNAS.
לדברי החוקרים, בזמן שלבעלי חיים רבים יש איברי חישה ייעודיים, כגון עיניים או אוזניים, ומעבדים מידע חושי באמצעות מערכת עצבים מרכזית, צמחים פועלים כמערכות מבוזרות. קולטני האור שלהם ממוקמים בעיקר בשכבת התאים החיצונית של הגבעול, כך שכל אזור קולט את האור המגיע אליו. כדי להבין כיצד המידע המקומי הופך להחלטה אחת בנוגע לכיוון הצמיחה, פיתחו החוקרים מסגרת פיזיקלית וגיאומטרית המתארת את התהליך.
במסגרת הניסויים נחשפו נבטי חמנייה לאור כחול בעוצמות שונות ומכיוונים שונים, ותנועתם תועדה במשך יותר מ-20 שעות. תחילה האירו החוקרים על הנבטים ממקור אור יחיד ובהמשך משני מקורות מנוגדים. הנבטים אמנם צמחו לעבר הצד שבו האור היה חזק יותר, אך מידת הכיפוף שלהם לא הייתה ביחס ישר להפרש בין עוצמות האור.
הסיבה לכך, כך הסבירו החוקרים, היא שתגובת הצמח לאור אינה ליניארית: מקור אור שעוצמתו כפולה אינו יוצר אות ביולוגי חזק פי שניים. כאשר הצמח סוכם אותות שכבר עברו עיבוד כזה, הכיוון המתקבל עשוי להיות שונה מהכיוון שהיה מתקבל מחיבור פיזיקלי פשוט של מקורות האור. המודל המתמטי שפיתחו החוקרים הצליח לנבא את כיוון הצמיחה ומידת הכיפוף שנמדד.
בשלב שני החוקרים בדקו מה קורה כאשר מאירים על צמח מכיוונים שונים במרחב. החוקרים הציבו שני מקורות אור חזקים ושווים זה מול זה, ומקור שלישי, חלש יותר, בכיוון ניצב. שני המקורות החזקים ביטלו זה את השפעתו של זה, ולכן הנבטים צמחו דווקא לעבר האור החלש. ניסוי זה מאשש את מנגנון שילוב האותות ומראה כי צמחים אינם בהכרח צומחים לכיוון שיאפשר להם לקלוט את מרב האור.
פרופ' יסמין מרוז
(צילום: נעמי מרוז)
כאשר מדובר במקורות אור מכיוונים שונים, המודל, המתבסס על סכימה של אותות לא לינאריים, ניבא "אשליה אופטית": לא מדובר בכך שהצמח "רואה" תמונה, אלא בפער בין מפת האור במציאות לבין האופן שבו היא מיוצגת בתגובת הצמיחה שלו. המודל חזה פערים קטנים, אולם בשל התנודות הטבעיות בתנועת הצמחים לא ניתן היה למדוד אותו ישירות בניסוי הנוכחי.
פרופ' יסמין מרוז סיכמה: "הצמח אינו מודד את סביבתו מנקודת חישה מרכזית, כמו העין האנושית. המידע נאסף באזורים שונים של הגבעול, וכל אות עובר עיבוד מקומי לפני שהוא משתלב בתגובה הכוללת. כתוצאה מכך עשוי להיווצר פער בין כיוון התאורה המרבי לבין כיוון הצמיחה. העיקרון שחשפנו עשוי להיות רלוונטי גם לתאים, לחיידקים ולמערכות ביולוגיות נוספות שפועלות עם חישה מבוזרת וללא מרכז בקרה".
