Jedynym faktem dotyczącym roślin, który większość ludzi prawdopodobnie pamięta ze szkoły, jest to, że wykorzystują światło słoneczne do przygotowywania własnego jedzenia. Ten proces, fotosynteza, oznacza, że ​​rośliny są zależne od światła słonecznego. Ale jak wie każdy, kto zapomniał nałożyć kremu do opalania podczas dnia na plaży, słońce też może być szkodliwe. Jak więc rośliny absorbują potrzebne im światło, jednocześnie unikając uszkodzeń spowodowanych przez słoneczne promienie ultrafioletowe (UV)? Krótka odpowiedź brzmi: zrobienie własnego kremu przeciwsłonecznego. A nowe badania pomagają nam dokładnie zrozumieć, jak działa ten proces.

Wiemy, że zbyt dużo promieniowania UV może być szkodliwe dla zdrowia ludzkiego. W krótkim okresie nadmiar promieniowania UV – zwłaszcza najkrótszych fal w świetle słonecznym, znanych jako UVB – powoduje oparzenia słoneczne. Powtarzające się uszkodzenia skóry spowodowane ekspozycją na promieniowanie UVB przez dziesięciolecia mogą prowadzić do zwiększone ryzyko nowotworów skóry. Oczywiście różni ludzie mogą tolerować różne ilości promieniowania UV. Osoby o głęboko pigmentowanej (ciemniejszej) skórze są przez cały czas dobrze chronione, niezależnie od tego, czy przebywają na słońcu, czy nie. Inni potrzebują trochę ekspozycji na słońce, aby wywołać ochronne pigmenty skóry poprzez opaleniznę. A niektórzy ludzie w ogóle się nie opalają, przez co są bardzo podatni na oparzenia słoneczne i inne uszkodzenia UV.

Oczywiście wszyscy możemy również zdecydować się na unikanie słońca, noszenie czapki lub stosowanie kremów przeciwsłonecznych. Ale co z roślinami? Muszą przebywać na słońcu. Czy istnieje roślina odpowiadająca oparzeniu słonecznemu lub ochronnym pigmentom, które mamy w naszej skórze?

Naukowcy zajmujący się roślinami naprawdę zaczęli zastanawiać się nad tymi pytaniami, gdy wyczerpywanie się ozonu stratosferycznego – dziura ozonowa – zagroził, że do powierzchni Ziemi dotrze znacznie więcej UVB. Badania w latach 1980. i 1990. wykazały, że wysoki poziom promieniowania UVB, który wynikałby z ubytku warstwy ozonowej, może: bezpośrednio uszkadzają fotosyntezę. Inne efekty wysokiego promieniowania UV mogą również zmniejszyć wzrost i plony.

Ale te same badania wykazały, że rośliny są dobrze chronione przed gorszymi skutkami poziomów UVB, których doświadczamy teraz. Ta ochrona pochodzi z zestawu naturalnych chemikaliów roślinnych, głównie fenoli. Te związki fenolowe działają jak naturalne filtry przeciwsłoneczne, silnie absorbujący promieniowanie UV, ale nie o długości fali potrzebnej do fotosyntezy.

Podobnie jak w przypadku pigmentów ludzkiej skóry, ilość tych naturalnych filtrów przeciwsłonecznych różni się w zależności od rośliny. Niektóre rośliny, zazwyczaj te, które pochodzą z tropików lub z gór położonych na dużych wysokościach, mają cały czas wysoki poziom ochrony. Inne produkują filtry przeciwsłoneczne tylko po wystawieniu na wyższy poziom promieniowania UVB, co odpowiada opalaniu u ludzi.

To prowadzi do kolejnego pytania. Jeśli rośliny produkują filtry przeciwsłoneczne w oparciu o ekspozycję na promieniowanie UV, w jaki sposób wykrywają tę ekspozycję? A jak rośliny wykrywają UVB?

Dopiero w ciągu ostatniej dekady naukowcy zajmujący się roślinami wykazali, że rośliny wykrywają UVB bardzo konkretnie przy użyciu białka znanego jako UVR8 (skrót od locus 8 odporności na promieniowanie UV). Rośliny pozbawione UVR8 nie mogą wywoływać ochronnych filtrów przeciwsłonecznych i są poważnie uszkadzane przez promieniowanie UV obecne w letnim słońcu.

Naukowcy nadal aktywnie badają podstawowe mechanizmy, za pomocą których UVR8 kontroluje reakcję roślin na UVB. Od jakiegoś czasu wiemy, że UVR8 pochłania promieniowanie UVB, powodując zmiany, które ostatecznie umożliwiają akumulację białka UVR8 w jądrach komórek rośliny. Jest to niezbędny krok w łańcuchu reakcji, który pozwala roślinom chronić się przed uszkodzeniem przez promieniowanie UVB.

Nowe badania z Uniwersytetu Genewskiego wykazali, że reakcje UVB zależą od interakcji między UVR8 a innym białkiem zwanym COP1 (konstytucyjnie fotomorfogeniczny 1). Białko to oddziałuje z innymi różnymi cząsteczkami (HY5, SPA i RUP) w komórkach roślinnych, wysyłając sygnał kontrolujący tworzenie się fenoli w filtrze przeciwsłonecznym w odpowiedzi na UVB.

Bardziej zrównoważone uprawy

To może wydawać się zupą alfabetu skrótów, ale system sygnalizacji, który reprezentuje, wpływa na nas wszystkich poprzez swoją rolę w roślinach wytwarzanych przez gospodarstwa jako uprawy. Teraz wiemy, że rośliny wykorzystują promieniowanie UVB jako sygnał do zmiany składu chemicznego w sposób, który wpływa znacznie więcej niż tylko na ochronę przed promieniowaniem UV.

Ekspozycja na promieniowanie UV powoduje zmiany biochemiczne, które mogą: zwiększyć odporność na atak szkodników i chorób. UVB w świetle słonecznym poprawia kolor, smak i zapach owoców, warzyw i kwiatów. Ekspozycja UVB również zwiększa poziom chemii roślinnej uważane za wartościowe w diecie człowieka.

Nowe badania pogłębiają naszą wiedzę, że promieniowanie UVB w świetle słonecznym nie powinno być postrzegane tylko w kategoriach uszkodzeń. Dopóki będziemy chronić warstwę ozonową, skutki promieniowania UVB będą tylko jedną z części normalnych reakcji roślin na środowisko. A im lepiej rozumiemy te odpowiedzi, tym bardziej możemy wykorzystać tę wiedzę do produkcji bardziej zrównoważone uprawy, poprawiając ich jakość i ograniczając stosowanie pestycydów.

O autorze

Nigel Paul, profesor nauk o roślinach, Lancaster University

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Konwersacje. Przeczytać oryginalny artykuł.

Powiązane książki

at Rynek wewnętrzny i Amazon