Prisijunkite
Pasaulis kasmet išleidžia milžiniškus energijos kiekius tam, kad išmaitintų pats save. Trąšos, be kurių šiandien neįsivaizduojama moderni žemdirbystė, kainuoja ne tik pinigus, bet ir klimatą. Tačiau naujausių mokslinių tyrimų duomenys leidžia manyti, kad globali maisto gamyba netrukus gali pasukti visiškai nauju keliu. Du nedideli molekuliniai pokyčiai augaluose gali tapti raktu į žalesnę, tvaresnę ir mažiau nuo sintetinių trąšų priklausomą ateitį.
Tokias išvadas pateikė Orhuso universiteto molekulinės biologijos profesoriai Kasperis Røjkjæras Andersenas ir Simona Radutoiu. Jų komandos darbas, publikuotas prestižiniame žurnale Nature, atveria duris technologijai, kuri ateityje gali iš esmės pakeisti tai, kaip auginame kviečius, miežius ar kukurūzus.
Azotas yra vienas svarbiausių augalų augimo elementų. Be jo neįmanoma baltymų sintezė, lapų formavimasis ir fotosintezė. Didžioji dauguma žemės ūkio augalų azotą gauna tik iš dirbtinių trąšų, kurios gaminamos naudojant itin daug energijos. Skaičiuojama, kad sintetinių azoto trąšų gamyba sunaudoja apie du procentus viso pasaulio energijos ir išmeta didelius kiekius anglies dioksido.
Tačiau gamta jau seniai turi alternatyvą. Nedidelė augalų grupė, į kurią patenka žirniai, pupos ir dobilai, geba augti be papildomo azoto. Šie augalai bendradarbiauja su dirvožemyje gyvenančiomis bakterijomis, kurios sugeba paversti ore esantį azotą augalams tinkama forma. Šis procesas vadinamas simbioze ir yra vienas elegantiškiausių biologinio bendradarbiavimo pavyzdžių.
Ilgą laiką mokslininkai bandė suprasti, kodėl ši savybė būdinga tik kai kuriems augalams ir ar ją būtų galima „įdiegti“ į svarbiausias pasaulio maistines kultūras.
Pagrindinė kliūtis slypi pačiame augale. Augalai turi imuninę sistemą, kuri leidžia jiems atpažinti pavojingus mikroorganizmus ir nuo jų gintis. Tam naudojami specialūs receptoriai augalo ląstelių paviršiuje. Jie veikia kaip signalų skaitytuvai, nusprendžiantys, ar dirvožemyje sutiktas mikroorganizmas yra priešas, ar potencialus sąjungininkas.
Azotą fiksuojančios bakterijos augalams siunčia „draugiškus“ signalus. Ankštiniai augalai juos atpažįsta ir laikinai išjungia savo imuninę reakciją, leisdami bakterijoms patekti į šaknis ir pradėti bendradarbiavimą. Tuo tarpu dauguma kitų augalų šiuos signalus interpretuoja kaip grėsmę ir bakterijas atstumia.
Būtent šioje vietoje Orhuso universiteto mokslininkai aptiko tai, kas gali tapti lūžio tašku.
Tyrėjai nustatė, kad augalo šaknų receptoriaus baltyme yra itin mažas regionas, pavadintas Simbiozės determinantu 1. Jis veikia tarsi molekulinis jungiklis, nulemiantis, kokia žinutė bus perduota augalo ląstelės viduje – įjungti pavojaus signalą ar leisti formuotis simbiozei.
Paaiškėjo, kad šio jungiklio veikimą lemia vos dvi aminorūgštys. Pakeitus jas, receptorius, kuris anksčiau aktyvuodavo imuninį atsaką, pradeda skatinti bendradarbiavimą su azotą fiksuojančiomis bakterijomis.
Pasak Simonos Radutoiu, tai yra išskirtinis atradimas, nes parodo, kaip minimalūs pokyčiai gali iš esmės pakeisti augalo elgesį. Augalas, kuris anksčiau „atmesdavo“ bakterijas, po dviejų molekulinių pakeitimų pradeda su jomis bendradarbiauti.
Eksperimentai iš pradžių buvo atlikti su modeliniu augalu Lotus japonicus, dažnai naudojamu augalų biologijos tyrimuose. Tačiau tikrasis proveržis įvyko tada, kai ta pati strategija buvo pritaikyta miežiams.
Mokslininkai paėmė miežių receptorių, atliko identiškus dviejų aminorūgščių pakeitimus ir pastebėjo, kad augalas pradėjo reaguoti į azotą fiksuojančias bakterijas visiškai kitaip. Nors tai dar nereiškia, kad miežiai jau gali pilnai apsirūpinti azotu, pats principas pasiteisino.
Kasperis Røjkjæras Andersenas pabrėžia, kad tai įrodo idėjos universalumą. Jei tokį receptoriaus „perprogramavimą“ galima atlikti miežiuose, teoriškai jis gali būti pritaikomas ir kitoms svarbiausioms kultūroms – kviečiams, kukurūzams ar ryžiams.
Šiandien tik labai nedaug augalų geba sudaryti simbiozę su azotą fiksuojančiomis bakterijomis. Jei ši savybė būtų išplėsta plačiai auginamoms kultūroms, pasaulis galėtų ženkliai sumažinti sintetinių trąšų naudojimą. Tai reikštų mažesnes energijos sąnaudas, mažesnę taršą ir didesnį maisto saugumą regionuose, kur trąšos yra brangios ar sunkiai prieinamos.
Mokslininkai pabrėžia, kad tai dar tik pradžia. Be receptoriaus perprogramavimo, reikės rasti ir kitus „raktus“, leidžiančius augalams pilnai integruoti azoto fiksavimo mechanizmą. Vis dėlto pats faktas, kad du molekuliniai pokyčiai gali perjungti augalo imuniteto kryptį, jau laikomas istoriniu žingsniu.
Tai ne tik technologinis laimėjimas. Tai signalas, kad ateities žemdirbystė gali tapti labiau suderinta su gamtos principais, o ne kovojanti su jais. Ir jei šis kelias bus sėkmingas, pasaulio maisto sistema gali tapti ne tik produktyvesnė, bet ir draugiškesnė klimatui.
Rūta
Žurnalistė
0 komentarų
Prašome gerbti kitus komentatorius. Gerų diskusijų! Apsauga nuo robotų rūpinasi reCAPTCHA ir yra taikoma „Google“ privatumo politika ir naudojimosi sąlygos.