Jak přežívá rostlinka na jednom z nejteplejších míst na Zemi – v Údolí smrti

Teplomilné rostliny, kterým se daří v kalifornském Údolí smrti, by mohly být klíčem k pěstování plodin v oteplujícím se klimatu. Vědci objevili, jak se zvláštní pouštní rostlině daří v jednom z nejteplejších míst na Zemi. Ukazuje se, že když teplota stoupne, tato odvážná rostlina přeskupuje své vnitřní organely.

Kalifornské Údolí smrti často zažívá extrémní podmínky. Letní teploty ve stínu často stoupají nad 49 °C. Většina rostlin v takovém horku vadne, ale jedné rostlině, Tidestromia oblongifolia, se daří. Šedozelené kvetoucí keře s malými listy přeskupují vnitřnosti svých buněk, aby se jim dařilo i v super horkých podmínkách. Vědci zjistili, že tento keř má ze všech známých rostlin nejlepší fotosyntetickou toleranci tepla – schopnost fotosyntézy při vysokých teplotách.

Klimatická změna zvyšuje globální teploty a zvyšuje četnost vln veder. Již na různých místech světa snižuje horko výnosy základních potravin, jako je pšenice a kukuřice. Vědci i zemědělci se obávají o potravinovou bezpečnost.

Jak přežít horko

Teplomilné rostliny, jako je T. oblongifolia, by mohly skrývat tajemství, jejichž odhalení by pomohlo jiným rostlinám přežít horko a udržet tak potravinový dostatek. „Pochopení jejich adaptací by mohlo pomoci vědcům navrhnout plodiny, prostředí a strategie hospodaření pro zlepšení růstu zemědělských plodin i za stále častějších a dlouhodobějších vysokých teplot,“ řekl spoluautor studie Seung Rhee, rostlinný biolog a ředitel Ústavu odolnosti rostlin Michiganské státní univerzity.

Vědci již desítky let vědí, že T. oblongifolia je zvláštní. Při vyšších teplotách klesá rychlost fotosyntézy většiny ostatních rostlin. V roce 1972 však vědci prokázali, že fotosyntéza T. oblongifolia vrcholí při 47 °C. Aby zjistili, jak může tato odolná rostlina pokračovat ve fotosyntéze a prosperovat, zatímco jiné rostliny vadnou, shromáždili vědci semena z Údolí smrti a pěstovali rostliny v pěstebních nádobách. Když bylo rostlinám osm týdnů, na měsíc je vystavili podmínkám Údolí smrti. Poté pozorovali reakce rostlin a míru fotosyntézy: kolik oxidu uhličitého absorbovaly.

Jsou klíčem mitochondrie?

Během dvou dnů T. oblongifolia zintenzivnila svou rychlost fotosyntézy. Po 10 dnech ztrojnásobila svou biomasu v množství listů, které byly menší než ty, které produkuje při nižších teplotách. Ale skutečně překvapivá změna nastala uvnitř rostliny. Vědci zjistili, že se v jejích buňkách vyvinulo více mitochondrií, což jsou v podstatě energetické stanice. Mitochondrie byly také mobilnější a schopné se přesunout blíže k místům fotosyntézy, která probíhá uvnitř speciálních organel zvaných chloroplasty.

„Tato rostlina umí mitochondrie ‚posouvat‘, čímž zvyšuje jejich hustotu, takže kolem chloroplastů vznikají koncentrovaná energetická centra,“ řekla Andy Leigh, rostlinná ekoložka z University of Technology Sydney v Austrálii, která se specializuje na teplomilné rostliny.

Jsou klíčem chloroplasty?

V reakci na brutální teploty v Údolí smrti chloroplasty rostliny také změnily tvar z oválného na miskovitý – něco, co bylo dříve pozorováno u řas, ale ne u rostlin, které mají v buňce mnoho chloroplastů. Vědci si nejsou jisti, jak miskovitý tvar podporuje fotosyntézu a přežití. T. oblongifolia také přeprogramovává svůj transkriptom, což je skript všech RNA zpráv, které buňka v daném okamžiku produkuje, a indikuje, které geny jsou používány nebo exprimovány. Některé z aktivních genů se zaměřovaly na tepelnou reakci a systém oprav rostlinných pletiv.

Dalším krokem týmu bude identifikace a charakterizace kandidátních genů, aby se dále zúžilo určení způsobu, jakým rostlina přežívá. To by pak mohlo vědcům umožnit najít nové způsoby, jak pomoci jiným rostlinám přežít rostoucí teploty. Mechanismy, které vedou k teplotní citlivosti, jsou dobře známé, ale strategie k překonání těchto nedostatků se v přírodě stále vyvíjejí.

Strategie T. oblongifolia pro přežití a prosperitu při vysokých teplotách by mohly pomoci zvýšit odolnost plodin nejen v budoucnu, ale také v částech světa, které v současné době trpí nedostatkem potravin.

Andy Leighová, která studuje teplomilné rostliny v australských spalujících pouštích, uvedla, že vědci stále mnoho nevědí o organismech, které přežívají v extrémních podmínkách. „T. oblongifolia dokázala fyzicky překonfigurovat svůj fotosyntetický aparát a udržet fotosyntetickou funkci i ve stresových situacích. To je opravdu skvělé,“ řekla. „Tento konkrétní druh vypadá jako plevel, podivná věc, kterou byste mohli snadno přehlédnout. Existují opravdu zvláštní rostliny, které dělají divné věci a které by mohly být klíčem ke zlepšení našich plodin.“

Zdroj: Death Valley shrub rearranges its insides to thrive in one of the hottest places on Earth | Live Science