Plantele „zombie”, care rezistă mai bine de șase luni fără apă, „învie din morți” în mai puțin de o zi

Pentru a proteja culturile de secetele tot mai severe, oamenii de știință studiază genele unui grup restrâns de plante capabile să supraviețuiască luni întregi fără apă, revenindu-și complet în doar câteva ore, scrie BBC. 

Jill Farrant, profesor de toleranță la deshidratare la Universitatea din Cape Town, a observat pentru prima dată aceste plante în copilărie, crescând în Africa de Sud în anii 1970. A descoperit ulterior că acestea pot rezista mai bine de șase luni fără apă, frunzele lor devenind uscate și casante. Totuși, odată ce primesc apă, redevin verzi în câteva ore și își reiau fotosinteza într-o singură zi.

Acest fenomen, asemănător unei „reînvieri”, este obișnuit la mușchi și ferigi, dar aceste plante fac parte din angiosperme – grupul ce include toate plantele cu flori și majoritatea culturilor agricole. Dintre cele 352.000 de specii cunoscute de angiosperme, doar 240 au această capacitate. Deși sunt specii fără legătură directă între ele, fiecare a evoluat independent pentru a supraviețui secetei, folosind mecanisme similare, ca și cum ar activa un set ancestral de gene ascuns în ADN-ul lor.

Aceste plante sunt răspândite în regiunile aride din Africa de Sud, Australia și America de Sud, iar cercetătorii cred că trăsăturile lor genetice ar putea fi cheia adaptării agriculturii la schimbările climatice.

Cum supraviețuiesc plantele în fața secetei

Majoritatea plantelor mor atunci când pierd între 10% și 30% din apa lor. În schimb, plantele de tip „resurecție” pot tolera pierderi de peste 95% din conținutul lor de apă. Când se deshidratează, își înlocuiesc apa cu zaharuri, precum zaharoza, transformând interiorul celulelor într-o substanță vâscoasă, asemănătoare sticlei. Acest proces, numit vitrificare, încetinește reacțiile chimice, protejând celulele. O strategie similară este utilizată și de organisme precum tardigradele și ouăle de creveți Artemia.

În acest stadiu, plantele își dezactivează mecanismele de fotosinteză și produc proteine speciale de protecție, numite „chaperoni”, care stabilizează celulele în condiții extreme.

O lecție din trecut pentru agricultura viitorului

Acest mecanism amintește de capacitatea semințelor de a rămâne viabile ani întregi, așteptând condiții favorabile pentru a germina. Cu toate acestea, odată ce o plantă încolțește, își pierde toleranța la deshidratare în favoarea unei creșteri mai rapide și a unui randament mai mare.

Această trăsătură a fost accentuată în timpul Revoluției Verzi din secolul XX, când culturile agricole au fost optimizate pentru producție maximă în condiții ideale de apă, sol și soare. Însă, cu schimbările climatice aducând secete mai lungi și mai imprevizibile, cercetătorii caută acum modalități de a reintroduce această capacitate de supraviețuire în culturile moderne.

Culturi care se pot adapta la secetă

Până acum, ameliorarea plantelor pentru toleranță la secetă s-a concentrat pe selecția unor trăsături precum rădăcini mai adânci, care pot accesa rezervele subterane de apă, sau o perioadă mai scurtă de înflorire pentru a asigura producția de semințe înainte de instalarea secetei. Totuși, aceste metode pot să nu fie suficiente în fața fenomenelor meteorologice tot mai imprevizibile.

Cercetătorii explorează acum două direcții principale pentru a transfera mecanismele plantelor de tip „resurecție” în culturile agricole:

1. Editarea genetică – folosind tehnologii precum CRISPR pentru a activa genele responsabile de toleranța la deshidratare, deja existente în semințele multor plante. Dacă această abordare reușește, ar putea evita controversele legate de organismele modificate genetic (OMG), deoarece nu ar implica introducerea de ADN străin.
2. Microbiomul rădăcinilor – studierea bacteriilor și ciupercilor din sol care ajută aceste plante să supraviețuiască. Dacă microbii responsabili pentru toleranța la secetă pot fi identificați și introduși în culturile agricole, acest lucru ar putea oferi o soluție naturală și eficientă.

Experimente promițătoare

În 2018, cercetătorii din Kenya și Suedia au reușit să introducă o genă din planta Xerophyta viscosa într-o varietate de cartof dulce, făcând-o mai rezistentă la secetă. Plantele modificate au rămas verzi mai mult timp, au pierdut mai puține frunze și au continuat să crească chiar și după 12 zile fără apă.

Un alt studiu promițător se concentrează pe teff, o cereală cultivată în Etiopia, care are o rudă apropiată capabilă de „resurecție” – Eragrostis nindensis. Analizând diferențele dintre cele două specii, cercetătorii speră să reactiveze genele latente ale toleranței la secetă în teff, oferind astfel o cultură mai rezistentă fără a compromite randamentul.

Dacă aceste descoperiri pot fi aplicate la scară largă, am putea vedea o revoluție agricolă în care plantele nu doar supraviețuiesc secetei, dar își și revin complet odată cu primele ploi. Chiar dacă aceste culturi ar putea avea randamente mai mici decât soiurile optimizate pentru producție, ele ar putea garanta securitatea alimentară în regiunile afectate de schimbările climatice.

„Poate că recolta este mai mică, dar un fermier de subzistență va avea ceva de mâncare,” spune Farrant. „Indiferent dacă plouă peste 10 zile sau peste doi ani.”