Badanie współfinansowane w ramach unijnego projektu EXPEER dowodzi, że rośliny w coraz większym stopniu przystosowują się do zwiększenia stężenia dwutlenku węgla w atmosferze, co może mieć istotne implikacje dla globalnego bezpieczeństwa żywnościowego i ochrony przyrody.

Badanie przeprowadzone na brytyjskim Uniwersytecie w Southampton, opublikowane ostatnio na łamach czasopisma Global Change Biology, dowodzi, że narażenie roślin na zwiększone emisje CO₂ powoduje zmianę ekspresji genów.

Sugeruje to, iż zmiany regulacji genów mogą być ważnym mechanizmem adaptacji do zwiększonego poziomu CO₂.

 

Krótkoterminowe korzyści ze wzrostu ilości CO₂ w atmosferze

Przy wzroście poziomu CO₂ w atmosferze (emisje w latach 2000. rosły szybciej niż w latach 90. ub. wieku, a stężenie CO₂ przekroczyło w 2013 r. 400 ppm) krótkoterminowy wpływ na rośliny może zostać uznany za stosunkowo pozytywny, ponieważ napędza fotosyntezę i wzrost roślin, w tym także tych uprawnych, z czym wiąże się zwiększenie produkcji żywności. Tak naprawdę w ostatnich dziesięcioleciach Ziemia stała się bardziej zielona ze względu na pobudzanie wzrostu roślinności przez zwiększający się poziom CO₂.

Długoterminowy wpływ wyższego stężenia CO₂ w atmosferze na życie roślin jest jednak wciąż przedmiotem debaty naukowej. — Aż do teraz istniało bardzo niewiele badań, które dawałyby nam jakiekolwiek informacje na temat długoterminowego wpływu wzrostu poziomu CO₂ na kilka pokoleń roślin, a nikt nie prowadził badań nad molekularnymi podstawami takiej adaptacji, — komentuje autorka badania, prof. Gail Taylor z Uniwersytetu w Southampton. — Wynika to między innymi z trudności ze znalezieniem roślin, które były narażone na warunki, jakie będą panować w przyszłości, ale które można znaleźć i dziś.

Aby dokładniej zbadać to zagadnienie, zespół wykorzystał unikatowy zasób — naturalnie bogate w CO₂ źródła, w których rosnące tam rośliny są poddawane działaniu zwiększonego stężenia CO₂ przez wiele setek lat i pokoleń. Porównanie sygnatury molekularnej babki lancetowatej rosnącej w pobliżu źródeł we włoskiej miejscowości Bossoleto z tymi samymi roślinami rosnącymi na pobliskim stanowisku kontrolnym (w którym panuje aktualne typowe dla naszej planety stężenie CO₂) ukazało uderzające różnice pod względem całkowitej ekspresji genów (procesu aktywacji określonych genów w celu wytworzenia określonego białka).

— Badanie to pokazuje, że kiedy weźmiemy rośliny rosnące w tych dwóch miejscach, reprezentujących atmosferę współczesną oraz atmosferę przyszłości (stan w roku 2100) i umieścimy je razem w tym samym środowisku, rośliny rosnące w pobliżu źródeł stają się większe i szybciej dokonują fotosyntezy, — tłumaczy prof. Taylor. — Co ważne, rośliny rosnące w pobliżu źródeł wykazują różnice w zakresie ekspresji setek genów.

Prof. Taylor i jej zespół przewidują na podstawie zgromadzonych danych dotyczących ekspresji genów, że proces zazieleniania planety będzie trwał nadal. — Nie wyłączy się ani nie przystosuje w miarę dalszego wzrostu stężenia CO₂, ale część nadmiaru związków węgla w przyszłych roślinach może przedostać się do drugorzędowych związków chemicznych służących roślinom do obrony. Jest to związane z bardziej intensywną ekspresją genów, odpowiedzialną za oddychanie roślin.

Wpływ na aparaty szparkowe

Jeden z najciekawszych rezultatów badania dotyczy tego, że liczba aparatów szparkowych na powierzchni liścia (małych dziurek kontrolujących wchłanianie CO₂ potrzebnego do fotosyntezy oraz odparowywanie wody) zwiększa się po narażeniu kilku pokoleń roślin na CO₂ w prognozowanym przyszłym stężeniu. Zespół zakładał, że liczba porów zmniejszy się, zgodnie ze wcześniejszymi badaniami prowadzonymi na skamieniałościach roślin i obejmującymi geologiczne skale czasowe.

Prof. Taylor dodaje: — Odkrycie to przeczy naszej intuicji, ale wyraźnie wskazuje, że liczba aparatów szparkowych wzrasta, gdyż zidentyfikowaliśmy szereg kluczowych regulatorów ich liczby, wrażliwych na przyszłe wysokie stężenie CO₂. Należy do nich SCREAM (SCRM2), białko z rodziny bHLH (basic helix-loop-helix), które reguluje przemiany rozwojowe roślin.

Uczona przyznaje, że pełne konsekwencje tych zmian rozwojowych nie są jeszcze dokładnie znane, ale dowodzi, że rośliny będą przystosowywać się w nieprzewidywalny sposób do przyszłego poziomu CO₂ na przestrzeni wielu pokoleń. Jest to ważna kwestia, ponieważ koniecznie musimy dowiedzieć się, jak mogą ewoluować rośliny spożywcze w wyniku zmian klimatycznych, a także czy zazielenianie się planety będzie trwało nadal i jakie będzie jego znaczenie dla ochrony przyrody w wymiarze globalnym.

Omawiane badanie jest finansowane częściowo ze środków projektu EXPEER (Distributed Infrastructure for EXPErimentation in Ecosystem Research) 7PR, ale otrzymało również wsparcie od British Council oraz National Environment Resource Council (NERC).

Źródło: © Unia Europejska 2016 – CORDIS, na podstawie komunikatu prasowego Uniwersytetu w Southampton
www.cordis.europa.eu