מדענים מגלים גרסה של "משחק המשיכת חבל" בתוך התאים

SadaNews - בתוך כל תא צמחי מתנהל חיים יומיומיים מורכבים שאיננו רואים, כאילו אנחנו בעיר מיניאטורית מעוצבת בקפידה רבה. ישנן הפוטוסינתזות שאוצרות את האור ומייצרות מזון בתהליך הפוטוסינתזה, ויש את המיטוכונדריה המייצרת אנרגיה באמצעות נשימה תאית, והמדענים בדרך כלל הסתכלו על שני תהליכים אלו כעל סמוכים בתוך התא.

אך מחקר חדש שפורסם בכתבי עת "פלאנט פיזיולוגי" מציע כי הקשר ביניהם עמוק יותר ממה שחשבנו, שכן המיטוכונדריה אינה צורכת חמצן בלבד, אלא עשויה גם להתחרות עליו עם הפוטוסינתזות בתוך התא עצמו.

זוהי מה שחשפו חוקרים מאוניברסיטת הלסינקי, הם מצאו כי המיטוכונדריה בתאים הצמחיים יכולה, כאשר פעילותה הנשימתית עולה, למשוך חמצן מהסביבה הפנימית שסביב הפוטוסינתזות, דבר שמצמצם את כמות החמצן הזמינה שם.

ובמילים פשוטות, לפי תיאור החוקרים, יש סוג של "משיכת חבל" סמויה על החמצן בין שני אורגנים חיוניים בתוך התא הצמחי.

תפקיד חשוב לחמצן

כדי להבין את החשיבות של כך, יש להזכיר שהחמצן בצמח אינו רק גז משני. הוא נכנס לתהליכים רבים הקשורים לצמיחה, מטבוליזם, תגובה לפציעה, והתאמה ללחץ סביבתי.

והפוטוסינתזות משחררות חמצן כתוצאה מהפוטוסינתזה, בעוד המיטוכונדריה משתמשת בו לייצור אנרגיה. אך מה שלא היה ברור קודם לכן הוא כיצד זז החמצן הזה בין השניים בתוך התא, והאם יכול אחד מהאורגנלים להשפיע ישירות על השני דרך ההחלפה הזו?

כדי להגיע לתשובה, החוקרים חקרו את הצמח ערבידופסיס, צמח קטן מאוד נפוץ מאוד במחקר ביולוגי. והם השתמשו בגרסאות מהונדסות גנטית שבהן יש פגם במיטוכונדריה שמוביל להפעלת מסלולי נשימה חלופיים, דבר שמאפשר לאותם מיטוכונדריות לצרוך חמצן בקצב גבוה יותר מהרגיל.

אז התוצאה המובהקת הופיעה, ככל שהמיטוכונדריה צרכה חמצן יותר, רמות החמצן בתוך ריקמת הצמח ירדו, והתרחשו שינויים בולטים בהתנהגות הפוטוסינתזות.

אחת מהסימנים החשובים שהצוות שם לב אליהם היא כי הפוטוסינתזות הפכו להיות יותר עמידות לחומר כימי הנקרא מיתיל ויולוגן, חומר שמנצל חמצן ליצירת מולקולות מאוד תגובתיות הנקראות סוגי חמצן תגובתיים.

וכאשר החוקרים החשפו את הצמחים לגז חנקן כדי ליצור תנאים נמוכים של חמצן, העברת האלקטרונים לחמצן ירדה בצורה חדה, וזה נתן לחוקרים אינדיקציה מובהקת לכך שהבעיה הייתה לא בחומר הכימי עצמו, אלא בכך שהחמצן הזמין לפוטוסינתזות הפך לפחות, משום שהמיטוכונדריה צרכה אותו בצורת גבוהה יותר.

תקשורת פנימית

כאן טמונות תוצאות המחקר, הוא אינו אומר כי הנשימה והפוטוסינתזה הן רק תהליכים מקושרים, אלא מצביע על כך שיש ביניהם תקשורת פנימית ישירה דרך החמצן, כלומר המיטוכונדריות יכולות לשנות מה שקורה בפוטוסינתזות לא רק דרך אותות כימיים או אנרגיה, אלא גם דרך משיכת משאב חיוני מהסביבה הפנימית שלהן.

החוקרים אומרים שזו הפעם הראשונה שבה מופיע ראיה לכך שהמיטוכונדריה משפיעה על הפוטוסינתזות דרך חילופי החמצן בתוך התא.

מה זה אומר עבור הצמח בחיים האמיתיים? המשמעות החשובה היא שהצמח עשוי להיות יותר גמיש ומורכב בהתמודדות שלו עם לחצים סביבתיים ממה שחשבנו.

אם הצמח נחשף לתנאים כמו הצפה במים, או חוסר אוויר, או שינויים חדים בין הלילה ליום, אזי חלוקת החמצן מחדש בתוך התא עשויה להפוך לחלק מהמיתודולוגיה להתאמה, כלומר הצמח לא מגיב רק לסביבה מבחוץ, אלא גם מארגן מחדש את המשאבים הפנימיים המדויקים בין חלקיו המיקרוסקופיים.

כמו כן, תוצאה זו עשויה לעזור בעתיד לפתח כלים טובים יותר לניהול המצב הפיזיולוגי של הצמחים, ואולי גידול ממוקד יותר של לחצים בצמחייה. אם המדענים יבינו כיצד משתנה פיזור החמצן בתא בזמן החשיפה ללחץ, הם עשויים להיות מסוגלים לעצב דרכים מדויקות יותר למעקב אחר בריאות הצמח ולשפר את תוכניות ההשתלה החקלאית, במיוחד בעולם שהופך ליותר ממוזג ומשתנה.