Groch rośnie na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Zdjęcie: Załoga ISS Expedition 6, NASA. Kliknij, aby powiększyć
Lęk może być dobrą rzeczą. Ostrzega, że coś może być nie tak, niebezpieczeństwo może być bliskie. Pomaga inicjować sygnały, które przygotowują cię do działania. Ale chociaż od czasu do czasu niepokój może uratować ci życie, ciągły niepokój powoduje wielką szkodę. Hormony, które szarpią twoje ciało do wysokiej gotowości, również uszkadzają mózg, układ odpornościowy i wiele więcej, jeśli cały czas zalewają twoje ciało.
Rośliny nie niepokoją się tak samo jak ludzie. Ale cierpią na stres i radzą sobie z nim w podobny sposób. Wytwarzają sygnał chemiczny - nadtlenek (O2-) - który sprawia, że reszta rośliny jest w stanie wysokiej gotowości. Nadtlenek jest jednak toksyczny; zbyt wiele z nich spowoduje uszkodzenie rośliny.
Może to stanowić problem dla roślin na Marsie.
Zgodnie z wizją eksploracji kosmosu ludzie odwiedzą Marsa i będą go badać w nadchodzących dziesięcioleciach. Nieuchronnie będą chcieli zabrać ze sobą rośliny. Rośliny dostarczają pożywienia, tlenu, towarzystwa i plamy zieleni daleko od domu.
Na Marsie rośliny musiałyby tolerować warunki, które zwykle powodują duży stres - silne zimno, suszę, niskie ciśnienie powietrza, gleby, na które nie ewoluowały. Ale fizjolog roślin Wendy Boss i mikrobiolog Amy Grunden z North Carolina State University wierzą, że mogą rozwijać rośliny, które mogą żyć w takich warunkach. Ich prace są wspierane przez NASA Institute for Advanced Concepts.
Zarządzanie stresem jest kluczowe: Dziwne, istnieją już stworzenia na Ziemi, które kwitną w warunkach podobnych do Marsa. Nie są to jednak rośliny. Są jednymi z najwcześniejszych form życia na Ziemi - starożytnymi drobnoustrojami żyjącymi na dnie oceanu lub głęboko pod lodem arktycznym. Szefowie i Grunden mają nadzieję na produkcję roślin przyjaznych Marsowi, pożyczając geny z tych wyjątkowo kochających drobnoustrojów. Pierwsze geny, które pobierają, to te, które wzmocnią zdolność roślin do radzenia sobie ze stresem.
Zwykłe rośliny mają już sposób na detoksykację nadtlenku, ale naukowcy uważają, że drobnoustrój znany jako Pyrococcus furiosus używa takiego, który może działać lepiej. P. furiosus żyje w przegrzanym otworze na dnie oceanu, ale okresowo wylewa się do zimnej wody morskiej. Tak więc, w przeciwieństwie do ścieżek detoksykacji u roślin, te w P. furiosus działają w zadziwiającym zakresie temperatur wynoszącym ponad 100 stopni Celsjusza. To huśtawka, która może pasować do tego, czego doświadczają rośliny w szklarni na Marsie.
Naukowcy wprowadzili już gen P. furiosus do małej, szybko rosnącej rośliny znanej jako arabidopsis. „Mamy nasze pierwsze małe sadzonki” - mówi Boss. „Wyhodujemy je i zbieramy nasiona, aby wyprodukować drugie, a następnie trzecie pokolenie”. Za około półtora do dwóch lat mają nadzieję na rośliny, z których każda ma dwie kopie nowych genów. W tym momencie będą mogli badać działanie genów: czy wytwarzają funkcjonalne enzymy, czy rzeczywiście pomagają roślinie przetrwać, czy też w jakiś sposób ją krzywdzą.
W końcu mają nadzieję na wyrywanie genów z innych ekstremofilnych drobnoustrojów - genów, które pozwolą roślinom wytrzymać suszę, zimno, niskie ciśnienie powietrza i tak dalej.
Celem oczywiście nie jest rozwój roślin, które mogą jedynie przetrwać marsjańskie warunki. Aby być naprawdę użytecznym, rośliny będą musiały się rozwijać: do produkcji roślin, do recyklingu odpadów i tak dalej. „To, czego chcesz w szklarni na Marsie”, mówi Boss, „jest czymś, co będzie rosło i będzie stabilne w marginalnym środowisku”.
Grunden zauważa, że w stresujących warunkach rośliny często są częściowo zamykane. Przestają rosnąć i rozmnażać się, a zamiast tego skupiają swoje wysiłki na pozostaniu przy życiu - i niczym więcej. Wstawiając geny drobnoustrojów do roślin, Boss i Grunden mają nadzieję to zmienić.
„Używając genów z innych źródeł”, wyjaśnia Grunden, „oszukujesz roślinę, ponieważ nie jest w stanie regulować tych genów w sposób, w jaki regulowałby własne. Mamy nadzieję na [zwarcie] zdolności rośliny do zatrzymania własnego metabolizmu w odpowiedzi na stres ”.
Jeśli Boss i Grunden odniosą sukces, ich praca może mieć ogromne znaczenie dla ludzi żyjących w marginalnych środowiskach tutaj na Ziemi. W wielu krajach trzeciego świata, mówi Boss, „przedłużenie zbiorów na tydzień lub dwa, gdy nadejdzie susza, może zapewnić ostateczne zbiory, których potrzebujesz, aby przetrwać zimę. Gdybyśmy mogli zwiększyć odporność na suszę lub tolerancję na zimno i przedłużyć sezon wegetacyjny, mogłoby to mieć duże znaczenie w życiu wielu ludzi. ”
Podkreślają naukowcy, że ich projekt jest długoterminowy. „Minie półtora roku, zanim będziemy mieli [pierwszy gen] w roślinie, którą możemy przetestować”, zauważa Grunden. Upłynie jeszcze więcej czasu, zanim na Marsie - a nawet w Północnej Dakocie - pojawi się roślina pomidorów, która uwielbia zimno i susze. Ale Grunden i Boss pozostają przekonani, że im się uda.
„Istnieje skarbnica ekstremofili”, mówi Grunden. „Więc jeśli ktoś nie działa, możesz przejść do następnego organizmu, który produkuje nieco inny wariant tego, czego chcesz”.
„Amy ma rację”, zgadza się szef. „To skarbnica. I to jest takie ekscytujące. ”
Oryginalne źródło: NASA News Release
