Je známo, že řeřicha druhu Arabidopsis halleri má schopnost usadit se na nepřátelské půdě kontaminované těžkými kovy. Ve svých listech ukládá mimořádně vysoké koncentrace určitých toxických těžkých kovů: vzácná vlastnost. Výzkumníci z Bochumi a Bayreuthu analyzovali cca. 2 000 exemplářů tohoto druhu ze 165 lokalit po celé Evropě. V tomto procesu identifikovali ohromující rozmanitost, která vznikla mezi rostlinami stejného druhu v průběhu evoluce. Jejich zjištění pomáhají prozkoumat obrovský potenciál rostlin pro budoucí technologie; v tomto případě napomáhají detoxikaci půdy a těžbě kovů, které jsou ekonomicky zajímavé.
Ohromující extrémy biologické výkonnosti
„Přirozené evoluční procesy v rostlinách vytvořily kontrastní extrémy biologické výkonnosti a také ohromující biologickou rozmanitost,“říká Prof Dr. Ute Krämer z katedry fyziologie rostlin na Ruhr-Universität. "Tyto jevy však byly popsány pouze neúplně a vysvětleny v ještě menší míře."
Ve spolupráci s výzkumnou skupinou vedenou Prof. Dr. Stephanem Clemensem z Bayreuthu provedli vědci z Bochumi studii Arabidopsis halleri rockcress (L.) (O'Kane a Al-Shehbaz), která je bezprecedentní v rozsah. Studie se zaměřila na sdruženou analýzu vzorků listů a půdy, aby se určily úrovně koncentrace různých prvků těžkých kovů a prvků netěžkých kovů pro každý z přibl. 2 000 jednotlivých exemplářů na 165 místech po celé Evropě.
Ostře sledovat vývoj in situ
Při práci na místě byli vědci schopni pozorovat výsledky evoluce mnohem lépe než ve skleníku. Jedinci, kteří se mohou pochlubit vlastnostmi, které jsou nejvýhodnější v jejich domácím prostředí, jsou lépe přizpůsobeni a produkují více potomstva než jejich místní konkurenti. Prospěšné mutace se tak množí. Jejich strategie odběru vzorků také umožnila výzkumníkům spojit složení listů přímo se složením místní půdy, což umožnilo vyvodit závěry týkající se vlastností jednotlivých rostlin.
Výzkumníci identifikují nové hodnoty rekordů
Pokud jde o těžké kovy olovo, kadmium, zinek a měď, složení půdy se v jednotlivých lokalitách lišilo téměř o pět řádů. To znamená, že tolerovatelné rozmezí složení půdy je u tohoto rostlinného druhu obrovské. Rekordní hodnoty toxických těžkých kovů koncentrovaných v listech Arabidopsis halleri dosáhly až 5,4 procenta zinku a 0.3 procenta kadmia ve vztahu k suché biomase.
Těžké kovy proti defoliaci
"Některé rostliny měly houbovitou schopnost vysávat těžké kovy kadmium a zinek z pouhého stopového množství v půdě," popisuje Ute Krämer a odpovídá na otázku proč: "Je to neobvyklý obranný mechanismus proti predátorům nebo konkurenti; dosud shromážděné experimentální důkazy o účinku proti býložravcům jsou dosud nejpropracovanější."
České závody akumulují více kadmia než italské závody
Vědci navíc identifikovali geografické struktury ve vlastnostech rostlin v různých měřítcích. Například rostliny rostoucí podél německo-české hranice dokázaly koncentrovat kadmium efektivněji než rostliny v severní Itálii. V rámci podskupiny lokalit se jedinci rostlin velmi silně lišili od svých bezprostředních sousedů z hlediska koncentrace těžkých kovů, bez ohledu na složení půdy. Vědci se domnívají, že je to výsledek probíhající evoluce: různé adaptace rostlin na specifické místní ekologické podmínky.
Genetické studie k následování
Aby autoři dokázali, že rozdíly v koncentracích těžkých kovů pozorované v přírodních stanovištích jsou výsledkem rozdílných vlastností jedinců tohoto druhu, potvrdili svá zjištění v laboratorních experimentech za kontrolovaných standardizovaných podmínek. "Celkově tato zjištění ukazují na překvapivou individualitu vlastností u rostlin stejného druhu," říká Ute Krämer. "Nyní lze provést genetické studie, abychom zjistili, co způsobuje tyto rozdíly a jak pocházejí z rostliny."
Budoucí technologie na rostlinné bázi
Výsledky studie představují další krok k prozkoumání obrovského potenciálu, který se skrývá v přírodní rozmanitosti, pro budoucí rozvoj udržitelných rostlinných technologií. V tomto případě je například možné, že rostliny mohou být rozmístěny ke koncentraci kovů z půdy, které jsou ekonomicky zajímavé. Odborníci tento proces označují jako fytomining. Rostliny by navíc mohly být použity k čištění půd kontaminovaných těžkými kovy pomocí technologie zvané fytoremediace.
Lepší pochopení původu
„Takové specifické biologické jevy jsou pro nás lidi vysoce relevantní, protože nám pomáhají získat univerzální pohled na evoluční procesy a způsob, jakým jsou propojeny s vysoce proměnlivým prostředím, které je často nepřátelské k životu,“zdůrazňuje Ute Krämer. "Kromě toho, že plní důležitou funkci uspokojování lidské žízně po poznání s ohledem na náš vlastní původ a původ okolní přírody: tyto univerzální poznatky se mohou v blízké budoucnosti ukázat jako relevantní pro přežití lidstva."
