جلبک های کارا موجودات گیاهی باستانی هستند که معمولا در مخازن آب شیرین و به ندرت در آب‌های نمکی یافت می‌شوند. یکی از ویژگی‌های غیرمعمول این جلبک‌ها اندازه بزرگ تک‌سلولی‌هاست که می‌تواند تا قطر یک میلی‌متر و تا چند سانتی‌متر طول داشته باشد. این ویژگی جلبک‌های سرده کارا یک موضوع منحصر به فرد برای مطالعه سیگنال‌های درون سلولی است که با ظهور مولکول‌های سیگنال در همان قسمت‌های سلول (مثلا هنگام لمس شدن یا روشن شدن) و انتشار آن‌ها به سایر قسمت‌های سلولی همراه است. همان طور که این سیگنال‌های درون سلولی منتشر می‌شوند، باعث پاسخ‌های مختلف فیزیولوژیکی می‌شوند، از جمله تغییرات در فتوسنتز و تنفس.
این مقاله بر یکی از جنبه‌های مشکل سیگنال درون سلولی، نقش سیتوپلاسم در انتقال مولکول‌های سیگنال درون سلول‌های جلبک کارا، تمرکز دارد. سیتوپلاسم، در حالت حرکتی تقریبا پیوسته است و تنها تحت تنش متوقف می‌شود. پژوهشگران فرضیه‌ای مطرح می‌کنند که چنین حرکتی می‌تواند در انتقال یک ترکیب سیگنال درون سلول شرکت کند.
برای آزمودن فرضیه پیشنهادی، بخش کوچکی از سلول کارا با شدت نور کم روشن شد که باعث فعال شدن فرآیندهای فتوسنتز و افزایش فلورسانس در ناحیه روشن شد. بررسی‌های بیشتری نشان داد که تشدید فلورسانس در قسمت‌های تاریک گیاه نیز دیده می‌شد که بیشتر از منطقه روشنایی در مناطق سلولی پایین‌دست جریان سیتوپلاسمی بودند. در مقابل، مناطق بالادست منطقه روشنایی فلورسانس خود را تغییر ندادند. این نتیجه نشان می‌دهد که مولکول های سیگنال در ناحیه روشن، حتی در نور ضعیف، شکل گرفته‌اند.
این مولکول ها با سیتوپلاسم متحرک، تحت تاثیر فتوسنتز و افزایش فلورسنس در سایر نقاط سلولی جلبک منتشر می‌شوند. در طی آزمایش‌های اضافی، یک جریان الکتریکی به سلول وارد شد که باعث توقف موقت جریان سیتوپلاسمی شد. در این شرایط، انتشار سیگنال بلافاصله پس از واکنش جریان الکتریکی به طور قابل توجهی کاهش یافت؛ و با گذشت زمان، دوباره به سرعت اولیه رسید. بهبود سلول‌های کارا با سیتوکالازین، ماده‌ای که جریان سیتوپلاسمی را کند می‌کند، باعث کاهش تدریجی سرعت انتشار سیگنال شد.
به گفته یک پژوهشگر، یک مدل ریاضی بر اساس نتایج تجربی که بیانگر انتشار سیگنال درون سلولی در سرعت‌های مختلف حرکت سیتوپلاسم است، طراحی شده است. این مدل همچنین فرایند انتشار مولکول‌های ترکیبی سیگنال را محاسبه می‌کند. «مدل پیشنهادی نتایج تجربی را خیلی خوب توصیف می‌کند و امکان پیش‌بینی بازده انتقال سیگنال را در شرایط مختلف از جمله سرعت‌های مختلف جریان سیتوپلاسمی فراهم می‌کند.»
نتایج حاصل از اهمیت اساسی برخوردار است؛ زیرا برای اولین بار نشان داده شده است که جریان سیتوپلاسمی می‌تواند نقش مهمی در انتقال سیگنال‌های درون سلولی در گیاهان داشته باشد و یک مدل ریاضی برای توصیف کمی چنین انتشاری پیشنهاد شده است. در عین حال، نتایج نیز کاربردهای قابل توجهی دارند. از آن‌جایی که سیگنال‌های درون سلولی نقش مهمی در سازگاری گیاهان با عوامل نامطلوب بازی می‌کنند، توانایی تنظیم آن‌ها به عنوان یک ابزار اضافی برای کنترل مقاومت گیاهان زراعی به چنین عواملی و درنتیجه بازده آن‌ها به کار می‌رود.
داده های منتشر شده، یک برنامه بالقوه جدید برای توسعه روش‌های کنترل سیگنال‌های درون سلولی توسط تنظیم سرعت حرکت سیتوپلاسمی نشان می‌دهد. واضح است که اجرای چنین روش‌هایی در عمل کاملا یک چالش است. برای حل این کار، پژوشگران باید ابتدا مطمئن شوند که جریان سیتوپلاسمی نقش مهمی در سیگنال‌های درون سلولی نه تنها در جلبک‌های سرده کارا، بلکه در گیاهان زراعی که دارای بیشترین سود را از نقطه نظر کاربردی هستند، دارد . علاوه بر این، پژوهشگران باید راه‌هایی برای کنترل جریان سیتوپلاسمی در زمین باز یا شرایط گلخانه‌ای پیدا کنند.
مدل ریاضی ارائه شده در اینجا می‌تواند یک ابزار مهم برای حل این مشکل باشد؛ تجزیه و تحلیل این مدل باعث پیش‌بینی تغییرات در پارامترهای جریان سیتوپلاسمی می‌شود که برای دست‌یابی به نتایج کاربردی مورد نیاز است.
☑ لینک خبر
