Drveće koje diše noću

Kako temperature rastu, a suše postaju sve češće, znanstvenici traže načine kako pomoći biljkama da prežive s manje vode. Neka tropska stabla možda već kriju dio odgovora.

Istraživači sa Sveučilišta u Beču otkrili su kako su određena stabla iz roda *Clusia* razvila neuobičajen oblik fotosinteze koji im omogućuje upijanje ugljikova dioksida noću uz istovremeno zadržavanje vlage tijekom dana.

Studija objavljena u časopisu *Nature Communications* otkriva kako su milijuni godina genetskih promjena doveli do različitih strategija očuvanja vode unutar jedne skupine tropskih stabala.

Misterij fotosinteze

Većina biljaka apsorbira ugljikov dioksid kroz sitne pore zvane stomate, koje se obično otvaraju tijekom dnevnog svjetla. Međutim, ti otvori također omogućuju isparavanje vode.

Za biljke koje rastu u suhim uvjetima to stvara tešku ravnotežu između hvatanja ugljikovog dioksida i očuvanja vlage.

Neka tropska stabla rješavaju problem otvaranjem stomata noću, kada su temperature općenito niže i isparavanje smanjeno.

Apsorbirani ugljikov dioksid pohranjuju u obliku jabučne kiseline, oslobađajući je interno tijekom dnevnog svjetla za fotosintezu. Taj je proces poznat kao metabolizam kiseline crassulacea ili CAM.

Otkriće s dubokim korijenjem

Neobično ponašanje stabala Clusia prvi put je privuklo znanstvenu pozornost prije više od dva stoljeća. Oko 1800. godine, prirodoslovac Alexander von Humboldt primijetio je da list tropskog stabla uronjen u vodu nije uspio osloboditi mjehuriće kisika koje je očekivao tijekom dnevnog svjetla.

Znanstvenici sada razumiju da biljke CAM mogu držati svoje stomate zatvorenima tijekom dana dok nastavljaju koristiti pohranjeni ugljikov dioksid za fotosintezu.

Međutim, ostalo je nejasno kako se točno ta sposobnost razvila među različitim vrstama Clusia.

Tri stabla, različite strategije

Kako bi istražili, istraživači su usporedili genome triju vrsta: Clusia rosea, Clusia minor i Clusia major. Također su ispitali kako su stabla reagirala na promjenu dostupnosti vode u gotovo prirodnim uvjetima staklenika. Rezultati su otkrili zapanjujuće razlike.

Clusia rosea koristi snažan oblik CAM-a, pohranjujući značajne količine ugljikovog dioksida preko noći. Clusia minor aktivira proces uglavnom kada uvjeti okoline postanu stresni. U međuvremenu, Clusia major kombinira konvencionalnu dnevnu apsorpciju ugljikovog dioksida s CAM-om, stvarajući fleksibilnu hibridnu strategiju. Ove razlike pokazuju kako blisko povezana stabla mogu razviti različite odgovore na nedostatak vode.

Kako su se promijenili drevni geni

Istraživači su otkrili da su sve tri vrste doživjele duplikaciju drevnog genoma, ostavljajući svojim precima dodatne kopije genetskog materijala.

Tijekom milijuna godina, ovi povećani genomi prošli su opsežnu reorganizaciju. Neki duplicirani geni su nestali, drugi su postali neaktivni, a određeni geni razvili su nove funkcije. Vodeći autor Hannes Kramml objasnio je da je ovo evolucijsko preslagivanje utjecalo na gene uključene u skladištenje ugljikovog dioksida noću.

Voditelj istraživanja, profesor Wolfram Weckwerth, dodao je da je opsežna reorganizacija dupliciranih genoma pomogla objasniti zašto su vrste Clusia razvile tako raznolike fotosintetske strategije.

Nalazi sugeriraju da se CAM razvio kroz više genetskih promjena, a ne kroz jedan jednostavan evolucijski događaj.

Može li ovo pomoći budućim usjevima?

CAM biljke mogu učinkovitije koristiti vodu od biljaka koje se u potpunosti oslanjaju na konvencionalnu fotosintezu. Razumijevanje gena i metaboličkih procesa koji stoje iza ove prednosti moglo bi na kraju pomoći istraživačima da razviju usjeve koji su bolje prilagođeni suhim okruženjima.

Međutim, prijenos ovih složenih mehanizama na poljoprivredne biljke zahtijevao bi značajna dodatna istraživanja. Studija je ispitivala tropsko drveće umjesto genetski modificiranih usjeva, tako da praktična poljoprivredna primjena ostaje dugoročna mogućnost.

Lekcija iz prirode

Nalazi otkrivaju kako evolucijska fleksibilnost može pomoći biljkama da se prilagode izazovnim okruženjima. Razumijevanjem kako tropska stabla čuvaju vodu uz održavanje fotosinteze, znanstvenici bi mogli otkriti nove pristupe poboljšanju otpornosti poljoprivrede.

Kako klimatske promjene povećavaju pritisak na globalnu proizvodnju hrane, ova izvanredna stabla nude vrijedne tragove o tome kako biljke preživljavaju kada voda postane oskudna.