Поразительные крайности биологической эффективности«У растений естественные процессы эволюции привели к контрастирующим крайностям биологических характеристик, а также к подавляющему биологическому разнообразию», — говорит профессор д-р Уте Крамер из отделения физиологии растений Рурского университета. «Однако эти явления описаны лишь частично и в еще меньшей степени объяснены».В сотрудничестве с исследовательской группой, возглавляемой профессором доктором Стефаном Клеменсом из Байройта, исследователи из Бохума провели беспрецедентное по масштабу исследование Arabidopsis halleri rockcress (L.) (O’Kane and Al-Shehbaz). Исследование было сосредоточено на совместном анализе образцов листьев и почвы с целью определения уровней концентрации различных элементов тяжелых и нетяжелых металлов для каждого из прим.
2000 отдельных образцов в 165 местах по всей Европе.Внимательно следим за эволюцией на месте
Работая на месте, исследователи смогли наблюдать за результатами эволюции гораздо лучше, чем в условиях теплицы. Особи, обладающие свойствами, наиболее выгодными в их домашних условиях, лучше адаптированы и производят больше потомства, чем их местные конкуренты. Таким образом, полезные мутации распространяются. Их стратегия отбора проб также позволила исследователям напрямую связать состав листьев с составом местной почвы, что позволило сделать выводы, касающиеся свойств каждого растения в отдельности.
Исследователи определяют новые рекордные значения
Что касается тяжелых металлов, свинца, кадмия, цинка и меди, состав почвы варьировался от места к месту почти на пять порядков. Это означает, что допустимый диапазон состава почвы у этого вида растений огромен.
Рекордные значения токсичных тяжелых металлов, сконцентрированных в листьях Arabidopsis halleri, достигли 5,4% цинка и 0,3% кадмия по отношению к сухой биомассе.Тяжелые металлы против дефолиации«Некоторые растения обладали губчатой способностью высасывать тяжелые металлы, кадмий и цинк из простых следов в почве», — описывает Уте Крамер и отвечает на вопрос, почему: «Это необычный защитный механизм от хищников или конкурентов; экспериментальный Доказательства, собранные для анти-травоядного эффекта, собранные на сегодняшний день, являются наиболее подробными на сегодняшний день ».Чешские растения накапливают больше кадмия, чем итальянские.
Более того, исследователи определили географические структуры в свойствах растений в разных масштабах. Например, растения, растущие вдоль германо-чешской границы, могли концентрировать кадмий более эффективно, чем растения на севере Италии. Внутри подмножества участков особи растений очень сильно отличались от своих ближайших соседей по содержанию тяжелых металлов, независимо от состава почвы. Исследователи подозревают, что это результат продолжающейся эволюции: разнообразных приспособлений растений к конкретным местным экологическим условиям.
Следующие генетические исследованияЧтобы доказать, что различия в концентрации тяжелых металлов, наблюдаемые в естественной среде обитания, являются результатом различных свойств особей этого вида, авторы подтвердили свои выводы в лабораторных экспериментах в контролируемых стандартизированных условиях. «В целом, результаты указывают на удивительную индивидуальность свойств растений одного вида», — говорит Уте Крамер. «Теперь можно провести генетические исследования, чтобы определить, что вызывает эти различия и как они возникают в растении».
Технологии будущего на заводской основеРезультаты исследования представляют собой следующий шаг к изучению огромного потенциала, скрытого в природном разнообразии, для будущего развития устойчивых технологий на основе растений. В этом случае, например, возможно, что растения могут быть использованы для концентрирования металлов из почвы, которые представляют экономический интерес. Специалисты называют этот процесс фитодобычей.
Более того, растения можно использовать для очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами, с применением технологии, называемой фиторемедиацией.Лучшее понимание происхождения«Такие специфические биологические явления очень важны для нас, людей, потому что они помогают нам получить универсальное представление об эволюционных процессах и о том, как они взаимосвязаны с очень изменчивой окружающей средой, которая часто враждебна жизни», — отмечает Уте Крамер. «Помимо выполнения важной функции удовлетворения человеческой жажды познания о нашем собственном происхождении и о происхождении окружающей природы: эти универсальные идеи вполне могут оказаться актуальными для выживания человечества в ближайшем будущем».