CO2 w górę, odporność w dół

Wraz ze wzrostem poziomu dwutlenku węgla (CO2) w atmosferze może dojść do spadku odporności roślin na szkodniki - donoszą naukowcy z Uniwersytetu Illinois. Doszli do tego, badając zmiany podatności soi na owady żywiące się jej liśćmi.

Jako główne przyczyny wzrostu zawartości dwutlenku węgla w atmosferze wymienia się wycinanie drzew (deforestację) oraz spalanie paliw kopalnych. Proces ten rozpoczął się w drugiej połowie XIX wieku i trwa do dziś. Główny autor eksperymentu, Evan DeLucia, tłumaczy: Obecnie zawartość CO2 w atmosferze wynosi około 380 cząsteczek na milion (ppm). Na początku rewolucji przemysłowej była równa około 280 ppm, a przedtem utrzymywała podobną wartość przez co najmniej sześćset tysięcy, a być może nawet kilka milionów lat. Szacuje się, że jeśli nie podejmiemy odpowiednich działań, do połowy XXI wieku zawartość tego gazu w powietrzu wzrośnie o 50% w stosunku do dzisiejszego stanu. Jako najważniejsze uzasadnienie tej pesymistycznej prognozy prof. DeLucia podaje gwałtowny rozwój gospodarki Chin i Indii.

Badania nad pędami soi prowadzono w ośrodku eksperymentalnym zwanym Soy FACE (Soybean Free Air Concentration Enrichment - [ośrodek] Wzbogacania Powietrza [dla wzrostu] Soi). Placówka ta umożliwia przeprowadzanie eksperymentów wymagających manipulowania składem atmosfery, szczególnie w zakresie stężenia CO2 i ozonu. Jednocześnie, co ważne, w czasie badań roślina nie jest odcinana od czynników środowiskowych, takich jak opady, nasłonecznienie czy wahania temperatur. Daje to pewność, że jedynym zmieniającym sie parametrem jest właśnie zawartość odpowiednich gazów w środowisku życia rośliny.

Od dawna wiadomo, że wzrost poziomu dwutlenku węgla powoduje przyśpieszenie procesu fotosyntezy. Powoduje także zwiększenie ilości cukrów w liściach rośliny kosztem poziomu azotu. Było to przesłanką pierwszej hipotezy badawczej stworzonej przez naukowców: postanowili oni zbadać, czy owady pożerają większą ilość liści, po to by pochłonąć odpowiednią dla siebie ilość azotu. W tym celu hodowali soję w warunkach normalnego stężenia CO2, ale z podwyższonym stężeniem cukru w glebie. Rezultat okazał się zaskakujący: co prawda liście zawierały dzięki temu zabiegowi więcej węglowodanów, lecz samo to nie wystarczyło, by żerujące na nich szkodniki lepiej się rozwijały. Nie zaobserwowano bowiem większych różnic w porównaniu do roślin żyjących w niemodyfikowanym środowisku.

W związku z pierwszym niepowodzeniem naukowcy postanowili przyjrzeć się bliżej szlakom hormonalnym i zbadać ich zależność od poziomu CO2. Zainteresowali się szczególnie substancją wydzielaną przez rośliny w sytuacji stresu, zwaną kwasem jasmonowym. Pod jego wpływem roślina zaczyna wydzielać białka odpornościowe zwane inhibitorami proteaz. Ich zadaniem jest ochrona własnych białek przed trawieniem, przez co szkodnik nie jest w stanie wchłonąć pożartych liści i po pewnym czasie pada. Tym razem trafili w dziesiątkę - okazało się bowiem, że wzrost poziomu dwutlenku węgla w atmosferze powoduje spadek produkcji kwasu jasmonowego i tym samym pogorszenie odporności. Roślina traci ważny mechanizm obronny, przez co larwy mogą rozwijać się znacznie intensywniej.

Doktor May Barenbaum, jeden z autorów publikacji, przekonuje o wadze odkrycia: Nasze badanie pokazuje, jak bardzo złożonym procesem jest zmiana warunków środowiska. Wzrost poziomu dwutlenku węgla w powietrzu organicza zdolność reagowania rośliny na infekcję, co jest wykorzystywane przez atakujące ją szkodniki. Naukowiec ostrzegł także, że dalsze postępowanie tego procesu może dodatkowo pogorszyć funkcjonowanie mechanizmów odpowiadających za odporność soi, a być może także innych gatunków.

dwutlenek węgla atmosfera odporność rośliny szkodniki Evan DeLucia