پودے اپنے خلیات کے درمیان خلا کا استعمال کرتے ہوئے روشنی تلاش کرتے ہیں۔ کوانٹا میگزین

ٹیرا کوٹا کے برتنوں سے بنے شیلف پر، جڑی بوٹیاں اپنے تنوں کو قریبی کھڑکی کی طرف موڑتی ہیں۔ سنہری جنگلی پھولوں کے کھیت میں، پتے سورج کے راستے کے ساتھ گھومتے ہیں۔ گھنے جنگل میں، انگور کی بیلیں درختوں کو جوڑتی ہیں، ہمیشہ اوپر کی طرف اور اندھیرے سے دور ہوتی ہیں۔

زمانہ قدیم سے، پودوں کی اپنی آنکھوں کے بغیر جسم کو روشنی کے قریب ترین، روشن ترین منبع کی طرف موڑنے کی صلاحیت - جسے آج فوٹوٹراپزم کے نام سے جانا جاتا ہے - نے اسکالرز کو متوجہ کیا ہے اور لاتعداد سائنسی اور فلسفیانہ مباحث کو جنم دیا ہے۔ اور پچھلے 150 سالوں میں، نباتات کے ماہرین نے کامیابی کے ساتھ بہت سے کلیدی مالیکیولر راستوں کو بے نقاب کیا ہے جو اس بات کی نشاندہی کرتے ہیں کہ پودے روشنی کو کیسے محسوس کرتے ہیں اور اس معلومات پر عمل کرتے ہیں۔

پھر بھی ایک نازک اسرار برقرار ہے۔ جانور آنکھوں کا استعمال کرتے ہیں - لینز اور فوٹو ریسیپٹرز کا ایک پیچیدہ عضو - اپنے ارد گرد کی دنیا کی تفصیلی تصویر حاصل کرنے کے لیے، بشمول روشنی کی سمت۔ پودوں، ماہرین حیاتیات نے روشنی کی پیمائش کے لیے مالیکیولر ٹولز کا ایک طاقتور مجموعہ قائم کیا ہے۔ لیکن عینک جیسے واضح جسمانی حسی اعضاء کی عدم موجودگی میں، پودے اس درست سمت کا تعین کیسے کرتے ہیں کہ روشنی کس طرف سے آرہی ہے؟

اب، یورپی محققین کی ایک ٹیم نے ایک جواب پر مارا ہے. ایک حالیہ مقالے میں میں شائع سائنس، وہ رپورٹ کرتے ہیں کہ سڑک کے کنارے گھاس - Arabidopsis، پودوں کے جینیاتی ماہرین کا ایک پسندیدہ - اپنے خلیوں کے درمیان ہوا کی خالی جگہوں کو روشنی کو بکھرنے کے لئے استعمال کرتا ہے، اس کے ٹشوز سے گزرنے والی روشنی کے راستے کو تبدیل کرتا ہے۔ اس طرح، ہوا کے راستے ایک ہلکا میلان بناتے ہیں جو پودوں کو درست طریقے سے یہ تعین کرنے میں مدد کرتا ہے کہ روشنی کہاں سے آرہی ہے۔

روشنی کو بکھیرنے کے لیے ہوا کے راستوں سے فائدہ اٹھاتے ہوئے، پودے ایک صاف ستھرا چال کے حق میں آنکھوں جیسے مجرد اعضاء کی ضرورت کو پیچھے چھوڑ دیتے ہیں: اثر میں اپنے پورے جسم کے ساتھ "دیکھنے" کی صلاحیت۔

ایک گہری بحث

کیوں اور کیسے پودے خود کو روشنی کی طرف راغب کرتے ہیں۔ شدید بحث کا موضوع 2,000،XNUMX سال سے زیادہ کے لئے. ابتدائی یونانی فلسفیوں نے دلیل دی کہ پودے، جانوروں کی طرح، حس اور حرکت، حتیٰ کہ خواہش اور ذہانت کے قابل ہیں۔ لیکن بعد میں ارسطو جیسے مفکرین نے زور دے کر کہا کہ پودے فطری طور پر غیر فعال ہیں، اپنے ماحول کو محسوس کرنے سے قاصر ہیں، اس کے ساتھ بہت کم حرکت کرتے ہیں۔ "پودوں میں نہ تو احساس ہوتا ہے اور نہ ہی خواہش،" اس نے لکھا پودوں پر. "ان خیالات کو ہمیں غیر مناسب سمجھ کر رد کرنا چاہیے۔" صدیوں سے، علماء اس سے متفق تھے۔

یہ 1658 تک نہیں ہوا تھا کہ کیمیا دان اور قدرتی فلسفی تھامس براؤن نے فوٹو ٹراپزم کو ایک حقیقت کے طور پر دستاویزی شکل دے کر قائم کیا کہ ایک تہہ خانے میں گملوں میں اگنے والی سرسوں کے پودے اپنی نشوونما کو مستقل طور پر کھلی کھڑکی کی طرف رکھتے ہیں۔ لیکن اس کے بعد دو صدیوں سے زیادہ عرصے تک، ماہرین حیاتیات اس بارے میں بحث کرتے رہے کہ پودوں نے یہ کیسے کیا، اور آیا وہ سورج کی روشنی یا اس کی گرمی کا جواب دے رہے تھے۔

1880 میں، چارلس ڈارون اور اس کے بیٹے فرانسس نے فوٹو ٹراپک میکانزم کو بیان کرنے کے لیے تجربات کیے جو بالآخر ثابت ہو گیا۔ جیسا کہ میں بیان کیا گیا ہے۔ پودوں میں حرکت کی طاقت, جوڑے نے اندھیرے کمرے میں - پودے اگائے - جو ابھی تک فتوسنتھیس نہیں کر سکے، بجائے اس کے کہ اپنے بیج سے ذخیرہ شدہ توانائی پر انحصار کریں۔ جب ان پر نیلی روشنی ایک مخصوص سمت سے چمکتی تھی، تو پودے اس کی طرف پہنچ جاتے تھے۔ پھر، جیسے ہی ڈارون نے روشنی کو کمرے کے چاروں طرف منتقل کیا، انہوں نے پودوں کی متعلقہ حرکات کا پتہ لگایا۔

اپنے تجربات کی بنیاد پر، ڈارون نے تجویز کیا کہ ٹہنیاں کی نوک پر پودے سب سے زیادہ ہلکے حساس ہوتے ہیں، اور جو کچھ انہوں نے وہاں محسوس کیا اس سے کچھ مادہ پیدا ہوا جس نے پودے کی نشوونما کی سمت کو متاثر کیا۔ 1920 کی دہائی تک، نباتات کے ماہرین ایک آرام دہ اتفاق رائے پر قائم ہو گئے تھے جس نے اس ماڈل کی وضاحت کی تھی: کہ پودوں کے سروں پر روشنی کے سینسر ہوتے ہیں اور یہ کہ وہ ہارمونز (بعد میں آکسین کے طور پر شناخت کیا جاتا ہے) پیدا کرتے ہیں جو ان کے سایہ دار اطراف میں زیادہ ترقی کی حوصلہ افزائی کرتے ہیں، جس کی وجہ سے ان کے ڈنٹھل اور پتے روشنی کی طرف جھکنا.

بہت سی عظیم دریافتوں کی طرح، اس نے بھی ایک نیا سوال کھولا: پہلی جگہ پودوں کو روشنی کا احساس کیسے ہو سکتا ہے؟ ان میں کسی واضح حسی عضو کی کمی تھی۔ محققین نے شک کرنا شروع کیا کہ پودوں میں نفیس حسی صلاحیتیں ہونی چاہئیں۔

مالیکیولر بائیولوجسٹ نے یہ ذمہ داری سنبھالی، یہ ظاہر کرتے ہوئے کہ پودے ہماری جانوروں کی آنکھوں سے روشنی کے بہت وسیع سپیکٹرم کی پیمائش کر سکتے ہیں اور اس پر ردعمل ظاہر کر سکتے ہیں، حالانکہ ان کے پاس ادراک کے لیے مخصوص عضو کی کمی ہے۔ فوٹو ریسیپٹرز کے پانچ مختلف خاندان، نیز ہارمونز اور سگنل پاتھ ویز، سیلولر لیول تک اس سمت کا تعین کرنے کے لیے مل کر کام کرتے ہیں جس میں ایک پودا نیا ٹشو بناتا ہے - یہ بتاتے ہوئے کہ ضرورت کے مطابق تنوں کو کس طرح مڑنا، مڑنا اور اوپر کی طرف گولی مارنا ہے۔ یہ فوٹو ریسیپٹرز پودوں کے جسموں میں پھیلے ہوئے ہیں لیکن زیادہ تر تنے کے اندرونی بافتوں میں مرتکز ہوتے ہیں۔ کرسچن فانکاؤزر، سوئٹزرلینڈ کی لوزان یونیورسٹی میں پودوں کے ماہر حیاتیات اور نئی تحقیق کے مصنف۔

تاہم، سادہ سینسرز پودوں کو روشنی کی سمت کا تعین کرنے کی صلاحیت دینے کے لیے اپنے طور پر کافی نہیں ہیں۔ مضبوط روشنی کی سمت کو بہترین انداز میں بتانے کے لیے، ایک پودے کو مختلف فوٹو ریسیپٹرز کے درمیان سگنلز کا موازنہ کرنے کے قابل ہونے کی ضرورت ہے تاکہ وہ اپنی نشوونما کو انتہائی تیز روشنی کی طرف موڑ سکیں۔ اور اس کے لیے انہیں آنے والی روشنی کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ وہ اپنے سینسر پر سب سے زیادہ روشن سے مدھم تک گراڈینٹ میں گرے۔

جانوروں نے آنکھوں کی نشوونما کے ذریعے اس مسئلے کو حل کیا ہے۔ ایک سادہ جاندار، جیسا کہ ایک پلانری کیڑا، "آنکھوں کے دھبوں" سے گزرتا ہے جو صرف روشنی کی موجودگی یا عدم موجودگی کا احساس کرتا ہے۔ ہماری اپنی جیسی زیادہ پیچیدہ جانوروں کی آنکھوں میں، عینک جیسی جسمانی خصوصیات ریٹنا کی طرف براہ راست روشنی، جو فوٹو سینسر سے بھرا ہوا ہے۔ اس کے بعد دماغ خمیدہ لینس کے ذریعے آنے والی روشنی کی مقدار کا الگ الگ خلیات پر رجسٹر ہونے والی مقدار سے موازنہ کرتا ہے۔ یہ نظام، جو روشنی کی جسمانی ہیرا پھیری کو مالیکیولر سینسرز کے ساتھ جوڑتا ہے، چمک اور سائے کے باریک دانے والے گریڈینٹ کا پتہ لگانے کی اجازت دیتا ہے، اور اس تصویر میں اس کی ریزولیوشن جسے ہم نظر کہتے ہیں۔

لیکن چونکہ پودوں کا دماغ نہیں ہوتا، اس لیے انہیں ایک ہی نتیجے پر پہنچنے کے لیے ایک غیر فعال نظام کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس لیے پودوں کی جسمانی میلان بنانے کی صلاحیت اہم ہے: وہ خلیوں کے درمیان موروثی فرق پیدا کرتے ہیں بغیر پودوں کو فعال موازنہ کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔

اس طرح، نباتات کے ماہرین کو ایک معمہ کا سامنا کرنا پڑا۔ کیا فوٹوٹراپزم مکمل طور پر ایک سالماتی عمل تھا، جیسا کہ کچھ لوگوں کو شبہ ہے، یا پودے ایک میلان پیدا کرنے اور اپنے ردعمل کو بہتر طریقے سے ہدایت کرنے کے لیے روشنی کی شعاعوں کو تبدیل کر سکتے ہیں؟ اگر مؤخر الذکر درست تھا، تو پودوں کے جسمانی ڈھانچے ہونے چاہئیں جو انہیں روشنی پر توجہ مرکوز کرنے دیتے ہیں۔

اس ڈھانچے کو آخر کار سڑک کے کنارے گھاس کے ایک اتپریورتی ورژن میں شناخت کیا جائے گا جو روشنی کو تلاش کرنے کے لئے جدوجہد کر رہا تھا۔

بلائنڈ اتپریورتی۔

تھیلے کریس - جسے سائنس کے نام سے جانا جاتا ہے۔ عربیڈوپیس تھالیانا - خاص طور پر پرکشش پودا نہیں ہے۔ 25 سینٹی میٹر لمبا گھاس پریشان زمین، کھیت کے کناروں اور سڑکوں کے کندھوں کو پسند کرتی ہے۔ افریقہ اور یوریشیا سے تعلق رکھنے والا، یہ اب انٹارکٹیکا کے علاوہ ہر براعظم پر پایا جاتا ہے۔ پودوں کے ماہرین حیاتیات نے اس کے بعد اسے سائنسی طرز زندگی میں ڈھال لیا ہے: اس کا مختصر لائف سائیکل، چھوٹا جینوم (2000 میں مکمل طور پر نقشہ بنایا گیا۔) اور لیبارٹری میں مفید تغیرات پیدا کرنے کا رجحان یہ سب پودوں کی نشوونما اور جینیات کو سمجھنے کے لیے ایک بہترین نمونہ حیاتیات بناتا ہے۔

فانکاؤسر کے ساتھ کام کیا ہے۔ Arabidopsis 1995 سے یہ مطالعہ کرنے کے لیے کہ روشنی پودوں کی نشوونما کو کس طرح شکل دیتی ہے۔ 2016 میں، اس کی لیب نے روشنی کے لیے غیر معمولی ردعمل کے ساتھ اتپریورتی پودوں کو تلاش کرنے کے لیے پودوں کے جینز کی اسکریننگ کی۔ انہوں نے بیجوں کو ایک تاریک کمرے میں نیلی روشنیوں کے ساتھ اگایا تاکہ پودوں کو ایک طرف لے جا سکے۔ وہاں سے، تجربہ کم و بیش اسی طرح ہوا جیسا کہ ڈارون نے 150 سال پہلے کیا تھا: جیسے جیسے محققین نے روشنی کی سمت تبدیل کی، پودوں نے خود کو اس کی طرف موڑ لیا۔

تاہم، ایک اتپریورتی پودے نے جدوجہد کی۔ اگرچہ اسے کشش ثقل کو محسوس کرنے میں کوئی دشواری نہیں تھی، لیکن ایسا لگتا ہے کہ یہ روشنی کو ٹریک کرنے سے قاصر ہے۔ اس کے بجائے یہ تمام سمتوں میں جھکا ہوا ہے، جیسے کہ اندھا ہو اور اندھیرے میں ارد گرد محسوس کر رہا ہو۔

اتپریورتی کی روشنی کو محسوس کرنے کی صلاحیت میں بظاہر کچھ غلط ہو گیا تھا۔ جب ٹیم نے پودے کا معائنہ کیا، تو انھوں نے پایا کہ اس میں عام فوٹو ریسیپٹرز موجود ہیں، پلانٹ کی ماہر حیاتیات مارٹینا لیگرس کے مطابق، جو فنخاؤزر کی لیب میں پوسٹ ڈاک اور نئے کاغذ پر شریک مصنف ہیں۔ لیکن جب ٹیم نے خوردبین کے نیچے تنے کو دیکھا تو انہیں ایک عجیب چیز نظر آئی۔

جنگلی Arabidopsisزیادہ تر پودوں کی طرح، اس کے خلیوں کے درمیان ہوا کے راستے ہوتے ہیں۔ یہ ڈھانچے وینٹیلیشن شافٹ کی طرح ہیں جو سیل شدہ سیلولر کمپارٹمنٹس کے گرد بنے ہوئے ہیں، اور وہ فوٹو سنتھیسز اور آکسیجن دینے والے خلیوں دونوں میں اہم کردار ادا کرنے کے لیے جانے جاتے ہیں۔ لیکن اتپریورتی پلانٹ کے ایئر چینلز پانی سے بھر گئے۔ ٹیم نے جین میں تبدیلی کا سراغ لگایا abcg5، جو ایک پروٹین تیار کرتا ہے جو سیل کی دیوار کو پنروک کرنے میں مدد کرسکتا ہے تاکہ اس بات کو یقینی بنایا جاسکے کہ پودوں کی ہوا کی شافٹ واٹر ٹائٹ ہیں۔

دلچسپ، محققین نے ایک تجربہ کرنے کی کوشش کی۔ انہوں نے غیر اتپریورتی پودوں کے انٹر سیلولر ایئر شافٹ کو پانی سے بھر دیا تاکہ یہ دیکھا جا سکے کہ آیا اس سے ان کی نشوونما متاثر ہوئی ہے۔ اتپریورتیوں کی طرح، ان پودوں کو یہ طے کرنے میں مشکل پیش آتی تھی کہ روشنی کہاں سے آرہی ہے۔ "ہم دیکھ سکتے ہیں کہ یہ پودے جینیاتی طور پر نارمل ہیں،" لیگرس نے کہا۔ "صرف چیزیں جو وہ غائب ہیں وہ یہ ہوائی چینلز ہیں۔"

محققین نے یہ نتیجہ اخذ کیا کہ پودا اپنے آپ کو اضطراب کے رجحان پر مبنی میکانزم کے ذریعے روشنی کی طرف راغب کرتا ہے - روشنی کا رجحان مختلف ذرائع ابلاغ سے گزرتے ہوئے سمت کو تبدیل کرتا ہے۔ اپورتن کی وجہ سے، لیگرس نے وضاحت کی، روشنی ایک نارمل سے گزر رہی ہے۔ Arabidopsis تنے کی سطح کے نیچے بکھر جائے گا: جب بھی یہ پودے کے خلیے سے گزرتا ہے، جو زیادہ تر پانی ہوتا ہے، اور پھر ہوا کے راستے سے ہوتا ہے، یہ سمت بدلتا ہے۔ چونکہ روشنی میں سے کچھ کو اس عمل میں ری ڈائریکٹ کیا جاتا ہے، اس لیے ہوا کے راستے مختلف خلیوں میں ایک تیز روشنی کا میلان قائم کرتے ہیں، جسے پودا روشنی کی سمت کا اندازہ لگانے اور پھر اس کی طرف بڑھنے کے لیے استعمال کر سکتا ہے۔

اس کے برعکس، جب یہ ہوا کے راستے پانی سے بھر جاتے ہیں، تو روشنی کا بکھرنا کم ہو جاتا ہے۔ پودوں کے خلیے روشنی کو اسی طرح سے روکتے ہیں جیسے سیلاب زدہ چینل، کیونکہ ان دونوں میں پانی ہوتا ہے۔ بکھرنے کے بجائے، روشنی تقریباً سیدھی خلیات اور سیلاب زدہ چینلز سے گزر کر ٹشو کے اندر گہرائی تک جاتی ہے، جس سے روشنی کا میلان کم ہو جاتا ہے اور روشنی کی شدت میں فرق کے بیج سے محروم ہو جاتا ہے۔

روشنی کو دیکھنا

تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ یہ ایئر چینل نوجوان پودوں کی روشنی کو ٹریک کرنے میں مدد کرنے میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ راجر ہینگرٹرانڈیانا یونیورسٹی بلومنگٹن کے ایک پلانٹ بائیولوجسٹ، جو نئی تحقیق میں شامل نہیں تھے، نے ایک دیرینہ مسئلے کا ہوشیار حل تلاش کرنے پر اس کی تعریف کی۔ فانکاؤزر، لیگرس اور ان کے ساتھیوں نے "ان فضائی جگہوں کی اہمیت پر تابوت میں کیل ٹھونک دی،" انہوں نے کہا۔

ہینگرٹر نے نوٹ کیا کہ یہ خیال پہلے بھی آیا ہے۔ 1984 میں، یارک یونیورسٹی کے محققین کی ایک ٹیم نے تجویز پیش کی۔ پودوں کے خلیوں کے درمیان ہوا کے راستے ضروری روشنی کا میلان قائم کرنے میں مدد مل سکتی ہے۔ لیکن چونکہ ٹیم کے پاس مہنگے تجربات کرنے کے لیے فنڈز نہیں تھے، اس لیے ان کی تجویز کا تجربہ نہیں کیا گیا۔

ہینگرٹر نے کہا کہ "یہ ہمیشہ ہمارے لیے حیران کن تھا کہ یہ چھوٹے، چھوٹے - تقریبا شفاف - [جنین پودے] کس طرح میلان کا پتہ لگا سکتے ہیں۔" "ہم نے کبھی بھی فضائی خلائی چیز کو زیادہ اعتبار نہیں دیا کیونکہ ہم اس میں شامل مالیکیولز کی تلاش میں مشغول تھے۔ آپ تحقیق کے ایک خاص راستے پر چل پڑتے ہیں، اور آپ پر پردہ ڈال دیتے ہیں۔"

ایئر چینل کا طریقہ کار دیگر ذہین آلات سے جوڑتا ہے جو پودوں نے اس بات کو کنٹرول کرنے کے لیے تیار کیے ہیں کہ روشنی ان کے ذریعے کیسے چلتی ہے۔ مثال کے طور پر، ہینگرٹر کی تحقیق نے کلوروپلاسٹ کو قائم کرنے میں مدد کی - سیلولر آرگنیلس جو فوٹو سنتھیس انجام دیتے ہیں۔ فعال طور پر پتی کے خلیات کے اندر رقص روشنی کے ارد گرد منتقل کرنے کے لئے. کلوروپلاسٹ کمزور روشنی کو بھگانے کے لیے سیل کے بیچ میں لالچ کے ساتھ جھرمٹ کر سکتے ہیں یا مضبوط روشنی کو پودوں کے بافتوں میں گہرائی سے گزرنے دینے کے لیے حاشیے پر بھاگ سکتے ہیں۔

ابھی کے لیے، ایئر چینلز کے بارے میں نئی ​​دریافتیں صرف پودوں تک پھیلی ہوئی ہیں۔ لیگرس نے کہا کہ اگرچہ یہ ہوائی چینلز بالغ پتوں میں بھی ظاہر ہوتے ہیں، جہاں انہیں روشنی کے بکھرنے اور تقسیم میں کردار ادا کرتے ہوئے دکھایا گیا ہے، ابھی تک کسی نے یہ جانچ نہیں کی کہ آیا وہ فوٹو ٹراپزم میں کوئی کردار ادا کرتے ہیں۔

یہ واضح نہیں ہے کہ ایئر چینل کتنے عرصے سے یہ کردار ادا کر رہے ہیں۔ 400 ملین سال پہلے کے قدیم زمینی پودوں کے فوسلز نہ تو جڑیں دکھاتے ہیں اور نہ ہی پتے - لیکن پودوں کے بنیادی ٹشوز دکھاتے ہیں۔ کافی بڑی انٹر سیلولر ہوا کی جگہیں۔. فانکاؤزر نے کہا کہ شاید وہ ابتدائی طور پر ٹشو ایریشن یا گیس کے تبادلے کے لیے پیدا ہوئے تھے، اور پھر فوٹوٹراپزم میں ان کے کردار کے مطابق ڈھال لیا گیا۔ یا شاید پودوں نے روشنی کا احساس کرنے میں مدد کرنے کے لیے تنوں میں ہوا کی خالی جگہوں کو تیار کیا، اور پھر دوسرے افعال انجام دینے کے لیے ان کا انتخاب کیا۔

"ان ڈھانچے کو مزید سمجھنا - یہ کیسے بنائے گئے ہیں، ان کے پیچھے کیا طریقہ کار ہے - پودوں کے ماہرین حیاتیات کے لیے اس سوال سے پرے دلچسپ ہے کہ پودے روشنی کی سمت کو کیسے محسوس کرتے ہیں،" فانکاؤسر نے کہا۔

انہوں نے کہا کہ اس سے ارسطو کے بھوت کو نکالنے میں بھی مدد مل سکتی ہے، جو اب بھی پودوں کے بارے میں لوگوں کے تصورات میں موجود ہے۔ "بہت سے لوگوں کو یہ احساس ہوتا ہے کہ پودے بہت غیر فعال جاندار ہیں - وہ کسی چیز کا اندازہ نہیں لگا سکتے۔ وہ صرف وہی کرتے ہیں جو ان کے ساتھ ہوتا ہے۔"

لیکن یہ خیال ہماری توقعات پر مبنی ہے کہ آنکھیں کیسی ہونی چاہئیں۔ یہ پتہ چلتا ہے کہ پودوں نے اپنے پورے جسم کے ساتھ دیکھنے کا ایک طریقہ تیار کیا ہے، جو ان کے خلیوں کے درمیان خالی جگہوں میں بنے ہوئے ہیں۔ انہیں روشنی کی پیروی کرنے کے لیے آنکھوں کے ایک جوڑے کی طرح اناڑی کسی چیز کی ضرورت نہیں ہے۔