Η αντοχή του στις ακραίες θερμοκρασίες μπορεί να οδηγήσει σε νέες ανθεκτικές καλλιέργειες.
Στην καυτή κόλαση της Κοιλάδας του Θανάτου εκεί όπου ελάχιστες μορφές ζωής μπορούν να επιβιώσουν, ένα φυτό όχι μόνο αντέχει, αλλά ευδοκιμεί. Η μελέτη του φυτού μπορεί να φέρει μια νέα επανάσταση στη γεωργία με την ανάπτυξη καλλιεργειών τροφίμων που θα είναι ανθεκτικές στη κλιματική αλλαγή.
Η Κοιλάδα του Θανάτου βρίσκεται νοτιοανατολικά της οροσειρά Σιέρρα Νεβάδα στη Μεγάλη Λεκάνη και στην έρημο Μοχάβι στις ΗΠΑ. Η κοιλάδα αυτή είναι το πιο ξηρό και θερμό μέρος της Βόρειας Αμερικής αλλά και το δεύτερο ξηρότερο ολόκληρου του πλανήτη κατέχοντας την υψηλότερη θερμοκρασία που πιστοποιημένα έχει καταγραφεί στη Γη με 56,7 βαθμούς Κελσίου.
Ερευνητές του Πολιτειακού Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν ανακάλυψαν ότι το φυτό Tidestromia oblongifolia αναπρογραμματίζει τη φωτοσύνθεση και την έκφραση των γονιδίων του ώστε να επιβιώνει σε θερμοκρασίες που παραλύουν τα περισσότερα καλλιεργούμενα φυτά. Τα κύτταρα και τα ένζυμά του προσαρμόζονται με εκπληκτική ταχύτητα καθιστώντας το πιο ανθεκτικό στη θερμότητα φυτό που έχει καταγραφεί ποτέ μια ανακάλυψη που θα μπορούσε να επαναστατικοποιήσει τη γεωργία σε έναν ολοένα πιο θερμό πλανήτη.
Η ζωή στην πιο καυτή περιοχή της Γης
Στην Κοιλάδα του Θανάτου της Καλιφόρνια, όπου οι θερινές θερμοκρασίες ξεπερνούν συχνά τους 49 βαθμούς Κελσίου η επιβίωση μοιάζει αδύνατη.
Ωστόσο, ανάμεσα στο σκασμένο έδαφος και το εκτυφλωτικό φως ένα ενδημικό φυτό όχι μόνο αντέχει αλλά ανθίζει. Το Tidestromia oblongifolia οδήγησε τους ερευνητές στην ανακάλυψη του πώς η ζωή μπορεί να ευημερεί υπό ακραία θερμότητα ένα εύρημα που θα μπορούσε να βοηθήσει τους ερευνητές να δημιουργήσουν καλλιέργειες ικανές να προσαρμόζονται στην παγκόσμια υπερθέρμανση.
Στη μελέτη που δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Current Biology» οι ερευνητές περιγράφουν πώς το T. oblongifolia επιταχύνει την ανάπτυξή του μέσα στις φλεγόμενες συνθήκες της ερήμου προσαρμόζοντας ταχύτατα τον φωτοσυνθετικό του μηχανισμό για να αντέξει την έντονη θερμότητα.
Όταν οι ερευνητές προσπάθησαν να καλλιεργήσουν τους σπόρους στο εργαστήριο, αντιμετώπισαν δυσκολίες. Όμως όταν αναπαρήγαγαν τις συνθήκες της Κοιλάδας του Θανάτου —έντονη ηλιακή ακτινοβολία και απότομες διακυμάνσεις θερμοκρασίας— το φυτό άνθισε εντυπωσιακά. Μέσα σε μόλις 10 ημέρες, το T. oblongifolia τριπλασίασε τη βιομάζα του. Αντίθετα συγγενικά φυτά γνωστά για την ανθεκτικότητά τους στη ζέστη σταμάτησαν εντελώς να αναπτύσσονται.
Μέσα σε δύο ημέρες έκθεσης σε ακραίες θερμοκρασίες, το φυτό ανέβασε το όριο φωτοσύνθεσής του, συνεχίζοντας να παράγει ενέργεια. Σε δύο εβδομάδες, είχε προσαρμοστεί τόσο καλά που η ιδανική θερμοκρασία φωτοσύνθεσής του έφτασε τους 45 βαθμούς Κελσίου υψηλότερη από κάθε γνωστό είδος καλλιέργειας.
«Αυτό είναι το πιο ανθεκτικό στη θερμότητα φυτό που έχει καταγραφεί ποτέ. Η κατανόηση του τρόπου που προσαρμόζεται το T. oblongifolia στη ζέστη μας δίνει νέα στρατηγική για να βοηθήσουμε τις καλλιέργειες να αντέξουν σ’ έναν θερμότερο πλανήτη» αναφέρει η Σουνγκ Γιον Ρι, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.
Αντοχή ρεκόρ
Χρησιμοποιώντας απεικόνιση ζωντανών κυττάρων και γονιδιωματική ανάλυση οι ερευνητές ανακάλυψαν πώς το φυτό πετυχαίνει την εντυπωσιακή του αντοχή μέσω συντονισμένων βιολογικών αλλαγών.
Τα μιτοχόνδρια μετακινούνται κοντά στους χλωροπλάστες όπου γίνεται η φωτοσύνθεση. Οι χλωροπλάστες αλλάζουν σχήμα παίρνοντας μοναδικές «κυπελοειδείς» μορφές άγνωστες μέχρι τώρα σε ανώτερα φυτά. Αυτή η αναδιάταξη πιθανώς βοηθά στην ανακύκλωση του διοξειδίου του άνθρακα και στη σταθεροποίηση της παραγωγής ενέργειας.
Παράλληλα χιλιάδες γονίδια αλλάζουν δραστηριότητα μέσα σε μία ημέρα, ενεργοποιώντας πρωτεΐνες και ένζυμα που προστατεύουν τα κύτταρα από τη θερμική βλάβη. Το φυτό αυξάνει την παραγωγή του ενζύμου Rubisco activase το οποίο διατηρεί τη φωτοσύνθεση αποτελεσματική ακόμη και σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες.
Μοντέλο για τη γεωργία του μέλλοντος
Με τις παγκόσμιες θερμοκρασίες να προβλέπεται ότι θα αυξηθούν έως και 5 βαθμούς Κελσίου μέχρι το τέλος του αιώνα οι καύσωνες ήδη μειώνουν τις αποδόσεις βασικών καλλιεργειών όπως το σιτάρι, το καλαμπόκι και η σόγια.
«Το T. oblongifolia μας δείχνει ότι τα φυτά έχουν τη δυνατότητα να προσαρμοστούν σε ακραίες θερμοκρασίες. Αν μάθουμε πώς να μιμηθούμε αυτούς τους μηχανισμούς στις καλλιέργειες, μπορούμε να μεταμορφώσουμε τη γεωργία σ’ έναν θερμότερο κόσμο» λέει η Ρι.
Παραδοσιακά η βιολογία των φυτών επικεντρωνόταν σε εύκολα καλλιεργούμενα είδη όπως το Arabidopsis (Αραβιδόψη) ή οι βασικές καλλιέργειες ρυζιού και αραβοσίτου. Όμως οι ερευνητές υποστηρίζει ότι τα ακραία φυτά της ερήμου είναι το νέο σύνορο για την κατανόηση της ανθεκτικότητας.
«Τα ερημικά φυτά έχουν περάσει εκατομμύρια χρόνια λύνοντας τα προβλήματα που εμείς μόλις αρχίζουμε να αντιμετωπίζουμε. Τώρα διαθέτουμε τα εργαλεία —γονιδιωματική, απεικόνιση υψηλής ανάλυσης, συστημική βιολογία— για να μάθουμε από αυτά. Αυτό που χρειάζεται είναι περισσότερη υποστήριξη για τέτοια έρευνα» εξηγεί η Ρι στο εργαστήριο της οποίας ήδη γίνονται μελέτες για το πώς τα γονίδια και οι κυτταρικές δομές του T. oblongifolia μπορούν να μεταφερθούν σε βασικές καλλιέργειες κάνοντάς τες πιο ανθεκτικές στη θερμότητα.
«Αυτή η έρευνα δεν μας δείχνει μόνο πώς ένα φυτό της ερήμου νικά τη ζέστη. Μας δίνει έναν οδικό χάρτη για το πώς όλα τα φυτά μπορούν να προσαρμοστούν σε ένα μεταβαλλόμενο κλίμα» εξηγεί η Ρι.
