Gleba pamięta susze lepiej niż komputery. Odkrycie zmieni rolnictwo

Naukowcy z University of Kansas i University of Nottingham dokonali odkrycia, które brzmi jak science fiction, a może zrewolucjonizować sposób uprawy roślin w czasach nasilających się susz. Okazuje się, że mikroorganizmy w glebie posiadają coś w rodzaju pamięci – potrafią zapamiętać okresy bez wody i przekazać tę wiedzę następnym pokoleniom bakterii. Badanie opublikowane 2 listopada w prestiżowym Nature Microbiology pokazuje, że mikroby z suchszych terenów faktycznie pomagają roślinom przetrwać kolejne susze.

Bakterie z pamięcią tysięcy pokoleń

Profesor Maggie Wagner z University of Kansas przez pięć miesięcy badała próbki gleby zebranej z sześciu różnych prerii w Kansas. Każda lokalizacja charakteryzowała się odmiennym poziomem opadów – od wilgotnej wschodniej części stanu po suche płaskowyże zachodnie, położone w cieniu deszczowym Gór Skalistych. Zespół wystawiał społeczności mikroorganizmów na skrajne warunki: albo obfitość wody, albo jej całkowity brak.

Rezultaty zaskoczyły nawet samych badaczy. Nawet po tysiącach pokoleń bakteryjnych pamięć suszy pozostawała wykrywalna w glebie. „Mikroorganizmy traktowaliśmy jak czarną skrzynkę. Sadowaliśmy rośliny w różnych społecznościach mikrobów o różnych wspomnieniach suszy, a następnie mierzyliśmy wydajność roślin” – wyjaśnia Wagner. Co więcej, efekt był selektywny: rodzime trawy preryjne wykazywały znacznie silniejszą reakcję na te mikrobiologiczne dziedzictwo niż uprawa kukurydzy.

To odkrycie sugeruje tysiące lat współewolucji między lokalnymi roślinami a ich glebowymi sąsiadami. Czy oznacza to, że nowoczesne uprzemysłowione rolnictwo zerwało kluczową więź między plantacjami a mikroorganizmami?

Gen, który zmienia zasady gry

Zespół zidentyfikował konkretny gen odpowiedzialny za poprawę tolerancji na suszę – nicotianamine synthase. „To gen, który nas najbardziej ekscytuje” – mówi Wagner. „Produkuje cząsteczkę głównie przydatną do pobierania żelaza z gleby, ale odnotowano również, że wpływa na tolerancję suszy u niektórych gatunków. Roślina wyrażała ten gen w warunkach suszy, ale tylko gdy rosła z mikrobami pamiętającymi suche warunki”.

Dr Gabriel Castrillo z University of Nottingham podkreśla praktyczne znaczenie odkrycia. „Społeczności mikroorganizmów glebowych mają zdolność szybkiego dostosowywania się do zmian środowiskowych i pomagania roślinom w wytrzymywaniu stresu suszowego. Co niezwykłe, te społeczności mikrobów mogą również pamiętać wcześniejsze warunki środowiskowe – zjawisko znane jako efekty dziedziczne lub pamięć ekologiczna”.

Przyszłość odpornych upraw

Odkrycie ma bezpośrednie konsekwencje dla przemysłu rolniczego wartego miliardy dolarów. Wagner wskazuje, że badane przez nią trawy gamagrass są rozważane jako potencjalne źródło genów do poprawy wydajności kukurydzy w trudnych warunkach. „Dla firm biotechnologicznych skupiających się na dodatkach mikrobowych do upraw, to daje wskazówki, gdzie szukać mikroorganizmów o korzystnych właściwościach” – zauważa.

W obliczu rosnącej częstotliwości i nasilenia susz wywołanych zmianami klimatycznymi, zrozumienie pamięci mikroorganizmów może pomóc w projektowaniu bardziej odpornych systemów rolniczych. Zamiast skupiać się wyłącznie na modyfikacjach genetycznych roślin, rolnicy mogliby wykorzystać naturalną mądrość zakodowaną w glebie przez miliony lat ewolucji.

Jak zauważył Albert Einstein: „Nie możemy rozwiązać problemów, używając tego samego sposobu myślenia, który je stworzył”. Może nadszedł czas, by przestać walczyć z naturą, a zacząć uczyć się od mikroskopijnych mistrzów przetrwania ukrytych w glebie?

Źródła:

Nature Microbiology
University of Kansas
University of Nottingham
ScienceDaily
EurekAlert