Stromy, ktoré v noci dýchajú

S rastúcimi teplotami a čoraz častejšími obdobiami sucha vedci hľadajú spôsoby, ako pomôcť rastlinám prežiť s menším množstvom vody. Niektoré tropické stromy už možno ukrývajú časť odpovede.

Vedci z Viedenskej univerzity zistili, ako si niektoré stromy rodu Clusia vyvinuli nezvyčajnú formu fotosyntézy, ktorá im umožňuje prijímať oxid uhličitý v noci a zároveň počas dňa šetriť vlhkosť.

Štúdia publikovaná v časopise Nature Communications odhaľuje, ako milióny rokov genetických zmien viedli k vzniku rôznych stratégií na šetrenie vodou v rámci jedinej skupiny tropických stromov.

Záhada fotosyntézy

Väčšina rastlín prijíma oxid uhličitý cez drobné póry nazývané prieduchy, ktoré sa zvyčajne otvárajú počas dňa. Týmito otvormi však zároveň uniká voda v dôsledku odparovania.

Pre rastliny rastúce v suchých podmienkach to predstavuje náročnú rovnováhu medzi prijímaním oxidu uhličitého a šetrením vlhkosťou.

Niektoré tropické stromy tento problém riešia otváraním prieduchov v noci, keď sú teploty spravidla nižšie a odparovanie je menšie.

Prijatý oxid uhličitý ukladajú vo forme kyseliny jablčnej a počas dňa ho vnútri rastliny uvoľňujú na fotosyntézu. Tento proces je známy ako metabolizmus kyselín tučnolistých, skrátene CAM.

Objav s hlbokými koreňmi

Nezvyčajné správanie stromov rodu Clusia upútalo pozornosť vedcov už pred viac ako dvoma storočiami. Približne v roku 1800 si prírodovedec Alexander von Humboldt všimol, že list tropického stromu ponorený do vody neuvoľňoval počas dňa bublinky kyslíka, ktoré očakával.

Vedci dnes vedia, že rastliny využívajúce CAM môžu mať cez deň zatvorené prieduchy a pritom naďalej využívať uložený oxid uhličitý na fotosyntézu.

Presný spôsob, akým sa táto schopnosť vyvinula u rôznych druhov rodu Clusia, však zostával nejasný.

Tri stromy, rôzne stratégie

Vedci skúmali tento jav porovnaním genómov troch druhov: Clusia rosea, Clusia minor a Clusia major. Zároveň sledovali, ako stromy reagujú na meniacu sa dostupnosť vody v skleníkových podmienkach, ktoré sa čo najviac približovali prirodzenému prostrediu. Výsledky odhalili výrazné rozdiely.

Clusia rosea využíva intenzívnu formu CAM a počas noci ukladá značné množstvo oxidu uhličitého. Clusia minor tento proces aktivuje najmä vtedy, keď sa dostane do stresujúcich podmienok prostredia. Clusia major zasa kombinuje bežné prijímanie oxidu uhličitého počas dňa s CAM, čím vytvára flexibilnú zmiešanú stratégiu. Tieto rozdiely ukazujú, ako si blízko príbuzné stromy môžu vyvinúť odlišné reakcie na nedostatok vody.

Ako sa zmenili staroveké gény

Vedci zistili, že u všetkých troch druhov v minulosti došlo k zdvojeniu genómu, vďaka čomu ich predkovia získali ďalšie kópie genetického materiálu.

Počas miliónov rokov prešli tieto zväčšené genómy rozsiahlymi zmenami a reorganizáciou. Niektoré zdvojené gény zanikli, iné prestali byť aktívne a ďalšie získali nové funkcie. Hlavný autor štúdie Hannes Kramml vysvetlil, že toto evolučné preskupovanie ovplyvnilo aj gény zapojené do nočného ukladania oxidu uhličitého.

Vedúci výskumu, profesor Wolfram Weckwerth, dodal, že rozsiahla reorganizácia zdvojených genómov pomohla vysvetliť, prečo si druhy rodu Clusia vyvinuli také rozmanité stratégie fotosyntézy.

Zistenia naznačujú, že CAM sa vyvinul v dôsledku viacerých genetických zmien, nie počas jednej jednoduchej evolučnej udalosti.

Mohlo by to pomôcť budúcim plodinám?

Rastliny využívajúce CAM dokážu hospodáriť s vodou efektívnejšie než rastliny, ktoré sa spoliehajú výlučne na bežnú fotosyntézu. Pochopenie génov a metabolických procesov, ktoré stoja za touto výhodou, by mohlo vedcom v budúcnosti pomôcť vyvíjať plodiny vhodnejšie do suchých oblastí.

Prenesenie týchto zložitých mechanizmov do poľnohospodárskych rastlín by si však vyžadovalo ešte rozsiahly výskum. Štúdia skúmala tropické stromy, nie geneticky upravené plodiny, takže praktické využitie v poľnohospodárstve zostáva možnosťou do vzdialenejšej budúcnosti.

Poučenie z prírody

Zistenia ukazujú, ako môže evolučná prispôsobivosť pomáhať rastlinám prežiť v náročných podmienkach. Pochopením toho, ako tropické stromy šetria vodou a zároveň si zachovávajú schopnosť fotosyntézy, môžu vedci objaviť nové spôsoby, ako zvýšiť odolnosť poľnohospodárstva.

Keďže klimatické zmeny zvyšujú tlak na celosvetovú produkciu potravín, tieto pozoruhodné stromy ponúkajú cenné poznatky o tom, ako rastliny prežívajú v čase, keď je vody nedostatok.