উদ্ভিদ স্মৃতি

উদ্ভিদবিজ্ঞানে উদ্ভিদ স্মৃতি উদ্ভিদের অনুভূত উদ্দীপনা থেকে তথ্য ধরে রাখার এবং পরবর্তী সময়ে সাড়া দেওয়ার ক্ষমতা বর্ণনা করে। উদাহরণস্বরূপ, কিছু গাছপালায় সূর্য উদয়ের সাথে সাথে তাদের পাতার চলন দেখা যায়। সংবেদনশীল, স্বল্পমেয়াদী এবং দীর্ঘমেয়াদী স্মৃতিশক্তির জন্য উদ্ভিদের ক্ষমতা নিয়ে অনেক পরীক্ষা-নিরীক্ষা করা হয়েছে। কিছু উদ্ভিদ প্রজাতির মধ্যে প্রাণীদের মতোই স্মৃতি পরিলক্ষিত হয়েছে।
কিছু উদ্ভিদ প্রজাতি কার্যকরী স্মৃতি ব্যবহার করার জন্য বিশেষ সংরক্ষিত উপায় বিকশিত করেছে। আবার কিছু প্রজাতি তাদের পরিবেশ এবং জীবনের ইতিহাসের উপর নির্ভর করে স্মৃতিশক্তিকে ব্যবহার করার অনন্য উপায় বিকাশ করেছে।
উদ্ভিদ স্মৃতি কথাটির ব্যবহার এখনও বিতর্কের অতীত নয়। কিছু গবেষক মনে করেন যে স্মৃতির কার্যকারিতা শুধুমাত্র মস্তিষ্কযুক্ত জীবের জন্য প্রযোজ্য। অন্যরা বিশ্বাস করেন যে মানুষ এবং অন্যান্য উচ্চ বিভাজন জীবের সাথে উদ্ভিদের স্মৃতির অনুরূপ কার্যাবলী তুলনা করা ঠিক নয়। অন্যরা আবার যুক্তি দেন যে দুই ক্ষেত্রে কার্যকারিতা মূলত একই এবং এই তুলনা উদ্ভিদের স্মৃতি কীভাবে কাজ করে তা আরও ভালোভাবে বোঝার ভিত্তি হিসাবে কাজ করতে পারে।
প্রথমবারের মতো উদ্ভিদের স্মৃতি ধারণার বিষয়ে অনুসন্ধান করা হয়েছিল মটরগাছের আকর্ষের ঘূর্ণনের উপর পরীক্ষায়। মার্ক জ্যাফি লক্ষ করেন যে মটরগাছ সমর্থনের জন্য অবলম্বন হিসেবে কাজ করা বস্তুর চারপাশে পেঁচিয়ে বাড়তে থাকে। জ্যাফির পরীক্ষাগুলির মধ্যে বিভিন্ন উদ্দীপনা পরীক্ষা করা হয়েছিল যাতে ঘূর্ণন আচরণ উদ্দীপিত করা যায়। এর মধ্যে একটি উদ্দীপনা ছিল আলোর প্রভাব। যখন জ্যাফি আলোতে আকর্ষগুলোকে ঘষতেন, তখন প্রত্যাশিত ঘূর্ণন প্রতিক্রিয়া দেখা যেত। কিন্তু যখন অন্ধকারে একই প্রক্রিয়া করা হত, তখন মটরগাছের আকর্ষগুলি কোনো ঘূর্ণন প্রতিক্রিয়া দেখাত না। অন্ধকারের পরীক্ষায় অংশগ্রহণকারী আকর্ষগুলোকে কয়েক ঘণ্টা পর আলোতে আনা হলে, কোনো নতুন উদ্দীপনা ছাড়াই ঘূর্ণন প্রতিক্রিয়া প্রদর্শিত হতো। অর্থাৎ আকর্ষগুলো জ্যাফির প্রদত্ত উদ্দীপনাকে ধরে রেখেছিল এবং পরে সেটির প্রতিক্রিয়া দেখিয়েছিল। এই আবিষ্কারের পর উদ্ভিদের স্মৃতি ধারণার বিষয়টি বৈজ্ঞানিক সম্প্রদায়ের মধ্যে আগ্রহের জন্ম দেয়।
ভেনাস ফ্লাইট্র্যাপ এই ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্য। ভেনাস ফ্লাইট্র্যাপের ফাঁদের পৃষ্ঠে অনেক ক্ষুদ্র রোম থাকে, যা স্পর্শ করলে ফাঁদ বন্ধ হয়ে যায়। তবে এই প্রক্রিয়ার জন্য একাধিক রোমকে স্পর্শ করতে হয়। ১৯৮০-এর দশকের শেষের দিকে, ডিটার হোডিক এবং আন্দ্রিয়াস সিভার্স ভেনাস ফ্লাইট্র্যাপে স্মৃতি সংরক্ষণের জন্য একটি মডেল প্রস্তাব করেন, যা ক্যালসিয়াম ঘনত্বের ওপর ভিত্তি করে কাজ করে।
এই ঘটনাকে মানুষের ক্রিয়াশীল সম্ভাবনার (action potentials) সঙ্গে তুলনা করে, তারা অনুমান করেন যে প্রথমবার একটি রোম স্পর্শ করলে কোষের ভেতরে ক্যালসিয়ামের মাত্রা বৃদ্ধি পায়, যা উদ্দীপনাকে সাময়িকভাবে ধরে রাখতে সাহায্য করে। যদি প্রথম ক্যালসিয়াম বৃদ্ধির পর দ্রুত একটি দ্বিতীয় উদ্দীপনা না ঘটে, তাহলে ক্যালসিয়ামের মাত্রা একটি নির্দিষ্ট সীমা অতিক্রম করতে পারবে না, যা ফাঁদ বন্ধ করার জন্য প্রয়োজনীয়। তারা এই ঘটনাকে স্মৃতি হারানোর সঙ্গে তুলনা করেন। যদি দ্বিতীয় উদ্দীপনা যথেষ্ট দ্রুত ঘটে, তবে ক্যালসিয়ামের মাত্রা সেই সীমা অতিক্রম করতে পারে এবং ফাঁদ বন্ধ করার প্রক্রিয়াটি শুরু হয়। এক্ষেত্রে প্রাথমিক উদ্দীপনার প্রতি বিলম্বিত প্রতিক্রিয়া প্রদর্শিত হয়, যা স্বল্প-মেয়াদী স্মৃতির সঙ্গে তুলনীয়।
পরবর্তী পরীক্ষা-নিরীক্ষা কিছু উদ্ভিদের ক্ষেত্রে সংকেতের স্বল্পমেয়াদী ধারণাকে সমর্থন করলেও, দীর্ঘমেয়াদী স্মৃতির বিষয়টি নিয়ে প্রশ্ন থেকে গেছে।
২০১৪ সালে, মনিকা গাগলিয়ানো লজ্জাবতী লতায় দীর্ঘমেয়াদী উদ্ভিদ স্মৃতি নিয়ে পরীক্ষা-নিরীক্ষা চালান। এই উদ্ভিদ স্পর্শ বা ঝাঁকুনির প্রতিক্রিয়ায় নিজের পাতা মুড়িয়ে নেয়, যা একটি অনন্য বৈশিষ্ট্য। গাগলিয়ানো উদ্ভিদগুলোকে নির্দিষ্ট উচ্চতা থেকে বারবার নিচে ফেলে দেন, যাতে শাখাগুলো কেঁপে ওঠে এবং প্রতিরক্ষামূলক প্রতিক্রিয়া দেখা যায়। কিছু সময় পর, গাগলিয়ানো লক্ষ্য করেন যে, ফেলে দেওয়ার প্রতিক্রিয়ায় পাতা মুড়ানোর হার কমে গেছে। তবে হাত দিয়ে ঝাঁকানো হলে, উদ্ভিদগুলো তারপরেও তাদের পাতা মুড়িয়ে নেয়। এ থেকে বোঝা যায় যে উদ্ভিদগুলো প্রতিরক্ষা প্রতিক্রিয়া প্রদর্শনে সক্ষম ছিল, কিন্তু তারা মনে রেখেছিল যে ফেলে দেওয়া তাদের জন্য তৃণভোজনের (herbivory) কোনো হুমকি সৃষ্টি করে না।
গাগলিয়ানো তারপর পরীক্ষা করেন যে উদ্ভিদ কতদিন পর্যন্ত এই তথ্য মনে রাখতে পারে। তিনি এক মাস অপেক্ষা করেন এবং পূর্ববর্তী পরীক্ষার একই উদ্ভিদগুলো নিয়ে পুনরায় ফেলে দেওয়ার পরীক্ষাটি করেন। তিনি লক্ষ্য করেন যে, উদ্ভিদগুলো মনে রেখেছিল যে ফেলে দেওয়ার ক্ষেত্রে প্রতিরক্ষামূলক প্রতিক্রিয়া প্রদর্শন করার প্রয়োজন নেই। গাগলিয়ানোর কাজ নির্দেশ করে যে কিছু উদ্ভিদ প্রজাতি সম্ভবত দীর্ঘ সময় ধরে তথ্য শেখার এবং মনে রাখার ক্ষমতা রাখে।
২০১৬ সালে, গাগলিয়ানো উদ্ভিদের স্মৃতি নিয়ে তাঁর গবেষণা আরও বিস্তৃত করেন। "Pisum sativum" (মটরশুঁটি গাছ) নিয়ে একটি পরীক্ষা করেন, যা সক্রিয়ভাবে আলোর উৎসের দিকে বৃদ্ধি পায়। গাগলিয়ানো একটি Y-আকৃতির ধাঁধা (Y-maze) তৈরি করেন যেখানে আলো এবং একটি পাখা ছিল এবং প্রতিটি মটর গাছকে ধাঁধার মধ্যে স্থাপন করা হয়। গাগলিয়ানো লক্ষ্য করেন যে, যখন গাছগুলিকে এমন একটি Y-আকৃতির ধাঁধায় রাখা হয় যেখানে আলো এবং পাখা একই দিক থেকে আসছিল, তখন পরবর্তীতে শুধুমাত্র পাখা দিয়ে পরিচালিত একটি ধাঁধায় গাছগুলো পাখার দিকে বৃদ্ধি পায়। এথেকে ধারণা করা যায় যে গাছগুলো পাখার সঙ্গে আলোর সম্পর্ক শিখে নিয়েছিল। গাগলিয়ানো উল্লেখ করেন যে, এই আচরণ কেবলমাত্র দিনের বেলায় পরীক্ষিত হলে সফল হয়েছিল। তিনি মনে করেন যে, এই প্রক্রিয়াটি বিপাকীয় চাহিদার দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হতে পারে এবং সহযোগী শেখার ক্ষমতা প্রাণী ও উদ্ভিদের একটি সাধারণ পূর্বপ্রজন্ম থেকে প্রাপ্ত বৈশিষ্ট্য হতে পারে।
২০২০ সালে ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়ের পিএইচডি শিক্ষার্থী ক্যাসি মার্কেল গাগলিয়ানোর পরীক্ষাটি পুনরায় করার চেষ্টা করেন, কিন্তু ব্যর্থ হন।
অনেক উদ্ভিদের পরিবেশগত উদ্দীপনার প্রতি সাড়া দেওয়ার ক্ষমতা রয়েছে। উদ্ভিদের স্মৃতির জন্য একটি ভালো প্রাথমিক উদ্দীপনা হলো মৃদু চাপের (stress) প্রভাব। পুনরাবৃত্ত চাপের প্রভাবে গড়ে ওঠা এই স্মৃতি উদ্ভিদকে ভবিষ্যতের চাপের জন্য আরও ভালোভাবে প্রস্তুত করে। উদ্ভিদের একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ স্মৃতি ধারণ করার ক্ষমতা থাকে, এবং যখন তারা আর কোনো নির্দিষ্ট উদ্দীপনার সম্মুখীন হয় না, তখন তারা তাদের শেখা জিনিস "ভুলে যেতে পারে" যাতে নতুন স্মৃতির জন্য জায়গা তৈরি হয়। উদ্ভিদ যেসব চাপের কথা মনে রাখে এবং নিজেদের প্রস্তুত করে, সেগুলোর মধ্যে রয়েছে খরা, অতিরিক্ত আলো, অক্সিডেটিভ স্ট্রেস, অ্যাবসিসিক অ্যাসিড, এবং শীতল ও উষ্ণ জলবায়ু।
উদ্ভিদের মধ্যে স্মৃতি গঠিত হয় মেটাবোলাইটস বা উদ্ভিদের ট্রান্সক্রিপশন ফ্যাক্টরগুলোর মাধ্যমে। মিথাইলেশন এবং/অথবা স্থগিত RNA পলিমারেজ II এর কারণে জিনের প্রকাশে পরিবর্তনও স্মৃতি গঠনে ভূমিকা পালন করতে পারে, যা প্রাণীজগতেও দেখা যায়। যদিও উদ্ভিদের স্মৃতি গঠনের প্রক্রিয়া তুলনামূলকভাবে অজানা, ধারণা করা হয় যে ক্যালসিয়াম সংকেত নেটওয়ার্ক উদ্ভিদের স্মৃতি ও অতীত অভিজ্ঞতা গঠনের জন্য দায়ী। মুক্ত ক্যালসিয়াম অভ্যন্তরীণ ও বাহ্যিক উদ্দীপনার প্রতি সাড়া দেয় এবং উদ্ভিদের চ্যানেল ও পাম্পের মাধ্যমে একটি ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল গ্রেডিয়েন্ট তৈরি করে। এই প্রতিক্রিয়াটি উদ্ভিদের মধ্যে সংরক্ষিত থাকে। এই স্মৃতি ভবিষ্যতে অনুরূপ চাপযুক্ত পরিস্থিতিতে উদ্ভিদ পুনরায় স্মরণ করতে পারে।
উদ্ভিদের স্মৃতির শারীরবৃত্তীয় প্রক্রিয়া অনেক গবেষণায় নথিভুক্ত করা সম্ভব হয়েছে । এটি চারটি প্রধান শারীরবৃত্তীয় প্রক্রিয়ার মাধ্যমে কাজ করে, যা সমন্বিতভাবে উদ্ভিদকে মৌলিক স্মৃতিশক্তি প্রদান করে। এগুলো প্রাণীদের মধ্যে পাওয়া উন্নত স্মৃতিশক্তির পূর্বসূরী বলে মনে করা হয়। এই চারটি প্রক্রিয়া হলো: সংরক্ষণ এবং পুনরুদ্ধার, অভ্যাস গঠন, জিন প্রাইমিং বা এপিজেনেটিক্স, এবং দেহঘড়ি ।
উদ্ভিদ কোনো উদ্দীপনার প্রতিক্রিয়ায় নির্দিষ্ট কলায় কোনো রাসায়নিকের ঘনত্ব কমায় বা বাড়ায় এবং এই ঘনত্ব একটি নির্দিষ্ট সময়ের জন্য ধরে রাখে। উদ্ভিদ পরে এই রাসায়নিকের ঘনত্বকে সংকেত হিসেবে ব্যবহার করে প্রতিক্রিয়া প্রকাশ করে।ref name="Thellier_2013" /> যেসব উদ্দীপনা এ ধরনের স্মৃতি সংরক্ষণ ও পুনরুদ্ধার প্রতিক্রিয়া তৈরি করতে সক্ষম, তার মধ্যে স্পর্শ, ক্ষতি, তাপমাত্রা, খরা, এমনকি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণও রয়েছে। ধারণা করা হয় যে এই ধরনের উদ্ভিদ স্মৃতিতে ক্যালসিয়াম আয়ন (Ca²+) গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। একটি প্রস্তাবিত প্রক্রিয়া হলো যে, Ca²+ এর উপস্থিতি বা অনুপস্থিতি দীর্ঘমেয়াদে কোষীয় প্রক্রিয়াগুলোর জন্য অন/অফ সুইচ হিসেবে কাজ করে, উদ্দীপনার প্রতিক্রিয়ায় জিন সংরক্ষণের জন্য।
Ca²+ এবং বৈদ্যুতিক সংকেত উদ্ভিদের জন্য সংকেত প্রেরণের একটি প্রধান পথ হিসেবে কাজ করে, যা উদ্ভিদের কোষ বা কলায় মধ্যে আসল উদ্দীপনার সংকেত প্রেরণ করে। উদাহরণ হিসেবে ভেনাস ফ্লাইট্র্যাপের ফাঁদ বন্ধের প্রক্রিয়ায় স্বল্পমেয়াদী বৈদ্যুতিক স্মৃতি সংরক্ষণ ও পুনরুদ্ধার দেখা যায়। যখন ফাঁদের একটি রোম স্পর্শ করা হয়, তখন একটি বৈদ্যুতিক সংকেত তৈরি হয় এবং এটি ২০ সেকেন্ড পর্যন্ত থাকে। ফাঁদ সম্পূর্ণ বন্ধ হতে হলে, এই সময়ের মধ্যে আরও একটি রোম স্পর্শ করতে হয় যাতে প্রয়োজনীয় চার্জ থ্রেশহোল্ডে পৌঁছে যায়। উদ্ভিদের কোষ থেকে কোষে বৈদ্যুতিক সংকেতের প্রক্রিয়া কোষ ঝিল্লির প্রোটিন দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয়।
প্রোটিন মেমরিস্টর নামে পরিচিত বায়োলজিক্যাল রেজিস্টর প্রোটিন কোষের বৈদ্যুতিক ইতিহাসের ওপর নির্ভরশীল হতে পারে। উদ্ভিদের মধ্যে গ্লুটামেট নামক একটি নিউরোরিসেপ্টরও পাওয়া যায়, যা মানুষের মধ্যে স্মৃতি ও শেখার জন্য একটি নিউরোকমিউনিকেটর হিসেবে কাজ করে। উদ্ভিদে, গ্লুটামেট একটি সংকেতকারী অণু হিসেবে কাজ করে, যা লবণাক্ততা, তাপমাত্রা, খরা, প্যাথোজেন এবং আঘাতের চাপের মতো বিভিন্ন স্ট্রেসের প্রতিক্রিয়ায় সাড়া দেয়। পরীক্ষায় দেখা গেছে যে উদ্ভিদগুলো স্ট্রেসের মুখে গ্লুটামেট রিসেপ্টর প্রকাশ এবং সক্রিয় করে।
উদ্ভিদে অভ্যাস গঠনের (habituation) প্রক্রিয়াটি স্মৃতি সংরক্ষণ ও পুনরুদ্ধার প্রক্রিয়ার মতোই, তবে এতে পুনরুদ্ধারের অংশটি থাকে না। এই ক্ষেত্রে, তথ্য সংরক্ষণ করা হয় এবং উদ্ভিদকে মূল উদ্দীপনার সাথে খাপ খাওয়ানোর জন্য ব্যবহার করা হয়। এর উদাহরণ হলো লজ্জাবতী লতার ওপর গাগলিয়ানো ও তার সহকর্মীদের করা গবেষণা। এই গবেষণায় দেখা যায় যে, প্রাথমিকভাবে কোনো উদ্ভিদকে নীচে ফেলে দেওয়া হলে তারা তাদের পাতা বন্ধ করে প্রতিক্রিয়া দেখায়। কিন্তু বারবার একই উদ্দীপনার মুখোমুখি হওয়ার পর, উদ্ভিদগুলো আর পাতা বন্ধ করে প্রতিক্রিয়া জানায় না।
উদ্ভিদের স্মৃতির তৃতীয় দিকটি হলো এপিজেনেটিক্স, যেখানে উদ্ভিদ কোনো উদ্দীপনার প্রতিক্রিয়ায় হিস্টোন এবং ক্রোমাটিনের পরিবর্তনের মাধ্যমে জিনের প্রকাশে পরিবর্তন আনে। এই পরিবর্তনগুলো উদ্ভিদে কোন প্রোটিন তৈরি হবে তা নির্ধারণ করে এবং ভবিষ্যতে উদ্দীপনার প্রতি প্রতিক্রিয়া জানানোর বা অতীত অভিজ্ঞতার প্রভাবে থাকার একটি পদ্ধতি গড়ে তোলে। এই অভিজ্ঞতাগুলো পূর্বাপ্রজন্মের উদ্ভিদ থেকে বংশধরদের মধ্যে জিনগতভাবে স্থানান্তরিত হতে পারে, যা দীর্ঘমেয়াদি স্মৃতি তৈরি করে, যেমন চাপ বা অন্যান্য পরিবেশগত উদ্দীপনার ক্ষেত্রে। গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হলো, এই পরিবর্তন আদৌ জিনগত পরিবর্তনের মতো নয়, কারণ এগুলো নতুন উদ্দীপনা বা পরিবেশগত অবস্থার প্রতিক্রিয়ায় বিপরীতমুখী হতে পারে।
উদ্ভিদ তাদের দেহঘড়ি ব্যবহার করে এমন কিছু ক্রিয়া সম্পাদন করে যা নির্দিষ্ট সময়ে সর্বাধিক কার্যকর হয়। উদ্ভিদের মধ্যে সবচেয়ে সুপ্রতিষ্ঠিত দুটি জৈবিক ঘড়ি হলো দিন এবং ঋতু চক্র, যা সাধারণত আলোকসংগ্রাহক দ্বারা পরিচালিত হয়। একবার উদ্ভিদ আলোর একটি নির্দিষ্ট ধরণ প্রতিষ্ঠা করলে, তারা কার্যকরভাবে রাত, দিন, বা ঋতুর মতো দীর্ঘ সময়কালকে মনে রাখতে পারে। এর একটি স্পষ্ট উদাহরণ হলো উদ্ভিদের শীতকালীন বিশ্রামের ক্ষমতা, যখন তারা পাতা বৃদ্ধি বন্ধ করে দেয় এবং বসন্তকালে, পরিবেশের অনুকূল পরিস্থিতি ফিরে এলে, পাতা বৃদ্ধি আবার শুরু করে। ফাইটোক্রোম (phytochrome), যা লাল আলো দ্বারা সক্রিয় এবং দূরবর্তী-লাল আলো দ্বারা নিষ্ক্রিয় হয়, উদ্ভিদের ফুল ফোটার চক্র নিয়ন্ত্রণের একটি উপায়।
এইরকম চক্র, যাকে সার্কাডিয়ান ছন্দ (circadian rhythms) ও বলা হয়, এমন জিন দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হয় যা বিভিন্ন সময়ে সক্রিয় হয় যখন সেই সময়ের জন্য একটি পরিবেশগত সংকেত উপস্থিত থাকে। এই জিনগুলো নির্ধারণ করে কোন সময়ে কোন প্রোটিন তৈরি হবে, পাশাপাশি বৈদ্যুতিক ও রাসায়নিক সংকেত তৈরি করে মোটর প্রোটিন এবং অন্যান্য প্রোটিন নিয়ন্ত্রণ করে। এই প্রক্রিয়ার সামগ্রিক ফলাফল হলো উদ্ভিদের কাজের পদ্ধতিতে পরিবর্তন আনা।