Rośliny 2.0

Źródłem energii dla ludzi i zwierząt są rośliny. Ale ludzi przybywa, a miejsc do uprawy roślin nie. No chyba że zaczniemy jeszcze szybciej wycinać lasy. Czy jest jakiś sposób na to, by „komórkowe” fabryki w roślinach działały wydajniej?

Ludzie do życia potrzebują energii, która napędza tysiące procesów komórkowych. Źródło energii znajduje się w roślinach. Biochemiczne cykle, które kryją się w ich komórkach, pracują, żeby zamknąć energię Słońca w materii organicznej. Ta staje się pożywieniem nie tylko dla nas, ale i dla zwierząt hodowlanych. Nasze życie uzależnione jest od roślin. Nawet jeśli nie przepadamy za pokarmami roślinnymi, to przecież stanowią one podstawę żywienia także zwierząt. Ich istotna rola wynika ze zdolności produkcji glukozy – prostej cząsteczki cukru, która działa jak paliwo dla budujących organizm komórek. Rośliny do jej stworzenia wykorzystują energię słoneczną, którą w odróżnieniu od nas i zwierząt potrafią zamknąć w strukturze cukru. Proces, w którym dochodzi do jej wytworzenia, nazwany został fotosyntezą.

Dostępność

Promienie Słońca o odpowiedniej energii, które padają na liście i inne zielone organy roślin, są „chwytane” przez specjalne anteny. Te mikroodbiorniki złożone z barwników i białek chowają się w owalnych składnikach komórek zwanych chloroplastami. Łatwo je dostrzec pod mikroskopem, bo mają kolor zielony. Złapana przez nie energia wykorzystywana jest do zasilania procesów, w których woda oraz dwutlenek węgla przekształcane są we wspomniany cukier. Magazynowany jest on w różnych częściach roślin pod postacią skrobi. Kryją ją bulwy, kłącza, a także łodygi, liście, owoce czy ziarna zbóż. A te stają się pokarmem.

Liczba ludzi na świecie rośnie w bardzo szybkim tempie. Na przełomie XIX i XX wieku ludzkość liczyła niespełna dwa miliardy osób. W 1987 roku liczba ta wzrosła do pięciu miliardów. Następnie w ciągu 24 lat powiększyła się o kolejne dwa. Szacuje się, że do 2050 roku może podskoczyć z 7,6 mld, które mamy obecnie, o kolejne trzy. W obliczu tak szybko wzrastającej populacji oraz coraz częstszych okresów suszy malejąca dostępność żywności staje się realnym problemem. Jego rozwiązanie może polegać na zastosowaniu metod inżynierii genetycznej, dzięki którym rośliny stają się bardziej odporne na niesprzyjające warunki. To z kolei pozwala uprawiać je w miejscach, gdzie rośliny niezmodyfikowane by nie wyrosły. Ale czy to jedyna propozycja nauki? Do niedawna sądzono, że tylko niewielka część energii słonecznej, którą pochłania roślina, może być wykorzystana w procesie produkowania cukru. Pozostała, stanowiąca blisko 90%, miała być tracona w postaci ciepła. Najnowsze badania naukowców z Uniwersytetu Marii Curie-Skłodowskiej w Lublinie pokazują, że nie do końca tak jest. Według prof. Gruszeckiego, który kieruje zespołem badaczy, część rozproszonej energii jest powtórnie wykorzystana podczas przygotowywania tego molekularnego paliwa.

Za jej wychwytywanie odpowiedzialne są wspomniane antenki, które spontanicznie grupują się w chloroplastach. Odzyskana energia używana jest w kluczowym procesie rozszczepiania cząsteczki wody, który stanowi podstawę procesu fotosyntezy. Według naukowców dzięki odkrytemu mechanizmowi roślina może rosnąć, kiedy intensywność światła słonecznego jest niska. A co gdyby tak zmodyfikować roślinę, by ta skuteczniej produkowała cukry z tego „odpadowego” światła? Jest go znacznie więcej niż tego „normalnego”, a to znaczy, że produkcja cukru powinna być większa.

Tytoń z dyniami

Na inny pomysł wpadli jakiś czas temu naukowcy z Uniwersytetu IIlinois oraz Departamentu Rolnictwa USA. Za pomocą inżynierii komórkowej poprawili alternatywny szlak produkcji glukozy zwany fotooddychaniem. Ta niestandardowa ścieżka przemian jest uruchamiana w sytuacji, kiedy roślinie jest gorąco. Żeby chronić się przed utratą wody, musi zamykać aparaty szparkowe, czyli niewielkie otwory umieszczone zazwyczaj po spodniej stronie liści. Przez nie para wodna przedostaje się do otoczenia. Niestety, zamknięcie otworów powstrzymuje również napływ dwutlenku węgla do rośliny, bez którego tworzenie cukru nie jest możliwe. Gdy ma go za mało, wtedy ta ważna cząsteczka – enzym RUBISCO – znajdująca się w chloroplaście, nie działa prawidłowo. W tych niekorzystnych warunkach zamiast CO2 woli przyłączyć tlen, stąd nazwa „fotooddychanie”. Zainicjowany szlak co prawda prowadzi do wytworzenia cukru, ale nie jest korzystny dla rośliny. Traci ona w nim energię. W celu poprawy wydajności roślin żyjących w takich warunkach naukowcy zastąpili kilka cząsteczek enzymów innymi. Ściślej mówiąc, do tytoniu, który wybrali do swoich testów, wszczepili geny kodujące enzymy u dyni oraz jednokomórkowej algi. Roślina z podmienionymi cząsteczkami pracowała wydajniej. Potwierdzono to zarówno w testach laboratoryjnych, jak i terenowych. Rośliny zwiększyły przyrost o 40%.

Oba odkrycia mają potencjał zastosowania w rolnictwie. Stworzenie roślin 2.0, opierające się na badaniach polskich naukowców, będzie przebiegać raczej dłuższą drogą, ale manipulacje z wykorzystaniem tytoniu są bardzo obiecujące. Naukowcy wierzą, że odniosą sukces także w przypadku innych roślin.•

«« | « | 1 | » | »»

aktualna ocena |   |
głosujących |   |
Pobieranie.. Ocena | bardzo słabe | słabe | średnie | dobre | super |

Wiara_wesprzyj_750x300_2019.jpg

Archiwum informacji

niedz. pon. wt. śr. czw. pt. sob.
27 28 29 30 1 2 3
4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24
25 26 27 28 29 30 31
1 2 3 4 5 6 7