Poljoprivrednici posljedice suše najčešće vide kroz brojke. Manji prinosi, manje robe za tržište i usjevi koji ne uspijevaju da dostignu punu zrelost predstavljaju najvidljiviji dio štete koju donosi nedostatak vode. Međutim, istraživanja pokazuju da se posljedice suše ne završavaju na količini proizvedene hrane. Naučnici su otkrili da suša može uticati i na njen nutritivni kvalitet, smanjujući sadržaj gvožđa u biljkama koje svakodnevno koristimo u ishrani.
Istraživanje je pokazalo da suša ne utiče samo na rast biljaka, već i na njihovu sposobnost da usvajaju gvožđe iz zemljišta, što može imati posljedice koje se protežu od poljoprivrednih parcela do tanjira potrošača.
Do ovog otkrića došao je tim istraživača predvođen Connorom Fitzpatrickom, vanrednim profesorom na Odsjeku za biološke nauke Univerziteta u Kalgariju. Njihov rad objavljen je u prestižnom naučnom časopisu Cell.
U središtu istraživanja nalazi se korjen biljke. Upravo tu se odvija proces usvajanja gvožđa, minerala koji je neophodan za razvoj biljaka, ali i za ljudsko zdravlje. Naučnici su otkrili da tokom sušnih perioda biljke smanjuju aktivnost mehanizama zaduženih za preuzimanje gvožđa iz zemljišta. Istovremeno, slabi i njihov prirodni imuni odgovor.
Fitzpatrick objašnjava da biljka pod stresom izazvanim sušom svojevrsno „smanjuje intenzitet rada“ sopstvenog imunog sistema i mehanizama za usvajanje gvožđa.
Ono što je posebno iznenadilo istraživače jeste činjenica da se manjak gvožđa ne javlja samo zato što je zemljište suvlje. Sama biljka aktivno mijenja način funkcionisanja svog organizma, čime dodatno ograničava količinu gvožđa koja završava u stabljikama, sjemenu i jestivim dijelovima usjeva.
Tokom godina naučnici su uočavali još jedan zanimljiv fenomen. U korjenu biljaka izloženih suši redovno se povećavao broj bakterija iz roda Streptomyces. Taj obrazac potvrđen je kod više od trideset biljnih vrsta, zbog čega se dugo vjerovalo da biljke namjerno privlače ove mikroorganizme kako bi im pomogli da prebrode stresne uslove. Ova ideja postala je poznata kao hipoteza „poziva u pomoć“. Prema toj teoriji, biljke šalju hemijske signale kojima privlače korisne bakterije iz zemljišta, a one zauzvrat pomažu biljci da se lakše nosi sa nepovoljnim uslovima.
Novo istraživanje, međutim, nudi drugačije objašnjenje. Prema rezultatima rada, bakterije Streptomyces ne dolaze zato što ih biljka aktivno priziva. Njihovo širenje posljedica je promjena koje se već dešavaju u korijenu. Kada biljka smanji usvajanje gvožđa i oslabi imuni odgovor, otvara se prostor koji bakterije mogu da zauzmu. Drugim riječima, one koriste priliku nastalu povlačenjem biljke, a ne njen poziv.
Da bi provjerili da li je riječ o univerzalnom mehanizmu, istraživači su najprije radili sa vrstom Arabidopsis thaliana (na regionalnim jezicima poznata kao Mišje uho), jednom od najčešće korišćenih modelnih biljaka u biologiji. Biljke su uzgajane u zemljištima prikupljenim sa 18 različitih lokacija širom SAD, sa veoma različitim klimatskim i hemijskim karakteristikama. Nakon toga rezultati su provjereni na kulturama koje imaju veliki značaj za ljudsku ishranu i poljoprivredu.
Kod pirinča, paradajza i uljane repice zabilježen je isti obrazac. Tokom suše opadalo je usvajanje gvožđa, dok je broj bakterija Streptomyces rastao. Ovaj nalaz posebno je značajan jer se pirinač i paradajz nalaze na veoma udaljenim granama evolutivnog stabla biljaka, razdvojeni sa približno 160 miliona godina evolucije. Kada se isti biološki odgovor zadrži tokom tako dugog evolutivnog perioda, to ukazuje da je riječ o duboko ukorijenjenom mehanizmu prisutnom kod velikog broja biljnih vrsta.
Istraživači su očekivali da će povećano prisustvo bakterija koristiti biljkama. Djelimično su bili u pravu. Pojedini sojevi Streptomyces zaista su podsticali rast biljaka i pomagali im da ponovo efikasnije usvajaju gvožđe. Ipak, pokazalo se da upravo ti korisni sojevi nisu bili najuspješniji u kolonizaciji korijena. Umjesto toga, o tome koje će bakterije dominirati odlučivala je prvenstveno konkurencija među samim mikroorganizmima.
To znači da biljka ne dobija nužno one bakterije koje su za nju najkorisnije, već one koje su bile uspješnije u međusobnom nadmetanju. Hoće li korijen na kraju naseliti korisni ili manje korisni soj često zavisi od slučajnosti.
Na osnovu svih prikupljenih podataka, naučnici su rekonstruisali proces koji se odvija u dvije faze. Najprije suša dovodi do smanjenja aktivnosti povezanih sa usvajanjem gvožđa i odbranom biljke. Time korijen postaje otvoreniji za kolonizaciju bakterijama. Nakon toga započinje međusobno nadmetanje mikroorganizama, koje određuje koji će se sojevi trajno nastaniti u korijenu.
Fitzpatrick smatra da suša ne predstavlja samo fiziološki stres za biljku, već da mijenja način na koji biljka upravlja hranljivim materijama i odnosima sa mikroorganizmima koji je okružuju. Ovo otkriće ima i mnogo šire posljedice od samog razumijevanja biljnih procesa.
Nedostatak gvožđa danas predstavlja najrašireniji nutritivni poremećaj na svijetu i pogađa milijarde ljudi. Značajan dio gvožđa koje unosimo potiče upravo iz biljnih izvora hrane, a brojna istraživanja povezuju anemiju sa nedovoljnim unosom ovog važnog minerala.
Zbog toga ovo istraživanje otvara pitanje koje je do sada uglavnom bilo zanemareno. Čak i kada usjevi prežive sušu i donesu očekivani prinos, njihova nutritivna vrijednost može biti smanjena jer sadrže manje gvožđa nego u normalnim uslovima.
Takva mogućnost dobija dodatnu težinu imajući u vidu da suše postaju sve izraženije. Istraživanja globalnih trendova pokazuju da je njihov intenzitet značajno porastao tokom posljednjih decenija, pri čemu su sušna područja postala još suvlja, dok se i regioni koji su nekada bili relativno vlažni sve češće suočavaju sa nedostatkom vode.
Naučnici zbog toga već razmatraju moguća rješenja. Jedan pristup podrazumijeva razvoj sorti koje će tokom suše uspijevati da zadrže efikasno usvajanje gvožđa. Drugi se odnosi na primjenu posebnih mikrobioloških preparata zasnovanih na bakterijama koje zaista mogu pomoći biljkama da lakše podnesu stresne uslove.
Za istraživače je najvažnije to što je ovaj do sada skriveni proces konačno postao vidljiv. Ono što se nekada smatralo neizbježnom i teško uočljivom posljedicom suše sada predstavlja konkretan problem koji poljoprivreda i nauka mogu pokušati da riješe.
J.M.
Naslovna fotografija: Unsplash
