Diriliş bitkileri: Kuraklığa dayanıklı 'zombi bitkiler'

Jill Farrant, 1970'lerde Güney Afrika'da büyüyen bir çocukken etrafındaki bitkilerin birçoğunun sanki ölümden geri döndüğünü fark etti.

Daha sonra bu bitkilerin susuz altı ay veya daha fazla yaşayabildiğini öğrendi. Yaprakları kahverengiye döner ve dokunulduğunda kırılganlaşır ancak su verildiğinde saatler içinde tekrar yeşerirler. Bir gün içinde eski hallerine dönerler ve fotosentez yapmaya devam edebilirler.

Böyle bir Lazarus benzeri yetenek yosunlar, eğrelti otları ve diğer çiçeksiz bitkiler arasında yaygın olsa da, bu "diriliş bitkileri" çiçekli bitkiler veya angiospermlere aitti. Bu grup, her çiçek açan ağacı ve meyve veren, tohum taşıyan mahsulü içerir. Ancak bilinen 352.000 çiçekli bitki türünden yalnızca 240'ı diriliş bitkisidir. Yaşam ağacının bu dalına dağılmış olan bu bitkiler genellikle birbirleriyle ilişkili değildir ve her biri bağımsız olarak su olmadan yaşama yeteneğini geliştirmiştir. Başlıca Güney Afrika, Avustralya ve Güney Amerika'nın kayalık yamaçlarında veya çakıllı topraklarında yetişen bu zombi benzeri numara için kullanılan taktikler şaşırtıcı derecede benzerdir - sanki kuraklık sorunuyla başa çıkmak için DNA'larının derinliklerinden atalarından kalma bir araç seti çıkarılabiliyormuş gibi.

Şu anda Cape Town Üniversitesi'nde kuraklık toleransı profesörü olan Farrant, otuz yılı aşkın süredir bu sıra dışı bitkileri inceliyor. Birkaç başka araştırmacıyla birlikte, genlerinde bulunan kuraklığa dayanıklı güçlerin, tarımı iklim değişikliğinin olduğu bir geleceğe uyarlamanın anahtarı olabileceğine inanıyor.

Bitkilerin aylarca susuz hayatta kalması bilim kurgu gibi görünebilir. Bitkilerin büyük çoğunluğu gerçekten de %10-30 oranında su kaybı yaşadıklarında ölürler . Ancak dirilen bitkiler %95'in üzerinde su kaybına dayanabilirler .

Ancak Florida Üniversitesi'nde mısır bilimcisi olan Carlos Messina, bu türler için önemli olanın sadece kuraklığa dayanma yeteneği olmadığını söylüyor. Ayrıca, kuraklıktan sonra dirilen bitkilerin nasıl yeniden büyüdüğü de önemli.

Mısır bitkileri kuraklıktan sonra da hayatta kalabilir, diyor, "ancak yeniden su aldıklarında, daha önce sahip oldukları yaprak mimarisine geri dönmezler ve CO2 ve su akışı tamamen bozulur". Bu nedenle kuraklık, yağmurlar geri döndükten uzun süre sonra bile büyümelerini tehlikeye atar.

Ancak diriliş bitkileri "kuraklıktan önceki formlarına geri dönüyor gibi görünüyor" diyor. "Bunu yapan mısır üretebilirsek, bu harika olur çünkü bu verimliliği yeniden kazanabiliriz."

Diriliş bitkileri, kaybolan suyu sakaroz gibi şekerlerle değiştirerek bu temel beceriyi geliştirmiştir , böylece hücrelerinin içini herhangi bir kimyasal reaksiyonu yavaşlatan viskoz, cam benzeri bir maddeye dönüştürmüştür. Vitrifikasyon olarak bilinen aynı taktik, tardigradlar (su ayıları olarak da bilinir) ve Artemia karidesinin (deniz maymunları) yumurtaları gibi kurumaya dayanıklı hayvanlar tarafından kullanılır.

Bu bitkiler cama döndüklerinde, fotosentetik makinelerini (kloroplastlar gibi) de parçalarlar ve uyku durumuna geçtiklerinde birincil besin kaynaklarını kapatırlar. Protein ve hücre zarları topluluklarını bir arada tutmak için, hücreyi tehlikeli zamanlarda yönlendirdikleri için " şaperonlar "olarak bilinen bir dizi koruyucu protein salgılarlar.

"Dokularını nasıl korudukları gerçekten bir mucize" diyor Farrant.

Selaginella lepidophylla aylarca süren kuraklığa dayanabilir ve ardından saatler içinde yeniden canlanabilir.

Bir anlamda, diriltme bitkilerinin yetenekleri çoğu çiçekli bitkinin tohumlarından çok da farklı değildir. Kurutulduğunda ve karanlık ve soğuk bir yerde saklandığında, birçok tohum yıllarca, bazen bin yıllar boyunca hayatta kalabilir ve sıcaklık ve su geri döndüğünde yeni bir bitki yapmak için tarifi koruyabilir.

Diriliş bitkilerinin aylarca su olmadan bozulmadan hayatta kalma yeteneği, artan çölleşme ve giderek düzensizleşen kuraklık görülen bir dünyada açıkça çekicidir. Aynı özellikler ekinlerde kullanılabilirse, kuraklık çeken bölgelerde gıda üretiminin sürdürülmesine yardımcı olabilir. Ancak organizmaların genomlarını değiştirmek dünyanın birçok yerinde tartışmalı bir konu olmaya devam ediyor. Ayrıca, diriliş bitkilerinden elde edilen genlerin bazı gıda ekinlerinde kuraklığa dayanıklılığı iyileştirdiği gösterilmiş olsa da, bu araştırma için henüz erken günler.

Bu arada, kuraklıklar çiftçiler için her zaman bir sorun olsa da, devam eden sera gazı emisyonları nedeniyle artan küresel sıcaklıklar, özellikle Akdeniz ve Batı Kuzey Amerika'da, bunları çok daha kötü hale getiriyor. Kuraklık, orman yangınları ve sıcaklığın, yalnızca ABD'de 2023'te 16,6 milyar dolara (12,9 milyon sterlin) ürün kaybına neden olduğu tahmin ediliyor . Bazı iklim modellerine göre , 2100 yılına kadar Sahra Altı Afrika ve Güney Amerika'daki tarım arazilerinin çoğu gıda üretimi için uygun olmayacak ve büyük bir kısmı kuraklık nedeniyle çoraklaşacak.

"Tarım yalnızca Kanada ve Sibirya'da mümkün olacak," diyor Hollanda'da yaşayan emekli bir tohum bilimcisi olan Henk Hilhorst. Dünyayı beslemesi gerekenler tropikler değil, gezegenin bu kuzey bölgeleri olacak.

Farrant, durumun o kadar ciddi olduğunu, tarımdaki en radikal değişimlerin bile artık dikkate alınması gerektiğini savunuyor. "Yeterli yiyecek elde edemeyeceğiz," diyor. "Bu yüzden inanılmaz derecede yaratıcı olmalıyız."

Buğday, mısır ve soya fasulyesi gibi en yaygın mahsul bitkileri, seçici yetiştirme yoluyla su kıtlığına karşı daha dayanıklı hale getirildi. Örneğin, daha derin köklere sahip bitkileri seçmek, daha derin su rezervlerini bulmalarına yardımcı olur veya daha hızlı çiçek açanları seçmek, daha kısa bir büyüme mevsiminde tohum üretmeye yardımcı olur.

Diriltme bitkilerinden elde edilen genlerin, laboratuvarın gözdesi Arabidopsis thaliana ve tütün bitkileri de dahil olmak üzere diğer bitkilerde de kuraklık toleransını iyileştirdiği gösterilmiştir . Yine de, her türden genetiği değiştirilmiş mahsulün hala sıkı yasal kontrol listelerine ( özellikle AB'de ) uyması gerektiğinden, Farrant, diriltme bitkilerinin bu dikkat çekici özelliklerini bugün yetiştirilen mahsullere aşılamanın başka yollarını aramaya başlamıştır.

Yani ekmek ve krep için un yapmak üzere öğütülen minik teff tohumları, daha sürdürülebilir bir tarımın anahtarını elinde tutuyor olabilir. Tıpkı 20. Yüzyılın Yeşil Devrimi'nde mısır, pirinç ve buğdayın dayanıklılık pahasına daha yüksek verim için yetiştirildiği gibi, bu tür ürünler, biraz daha düşük verim pahasına olsa bile, dayanıklılık katacaktır. "Verimleri düşük olabilir ancak geçimlik çiftçinin bir ürünü vardır," diyor Farrant. "10 günde veya iki yılda yağmur yağması fark etmez."

(BBC)