Kada usevi rastu u zemljištu kontaminiranom arsenom, ovaj otrovni element se akumulira u lancu ishrane. Studija koja je uključila Univerzitet u Bazelu sada je otkrila mehanizam koji koriste biljke kukuruza da smanje unos arsena: ključni faktor je posebna supstanca koja se oslobađa u zemlju iz korena.
Arsen je otrovni metaloid prirodnog porekla. Zemljišta i vode zagađene arsenom nalaze se širom sveta, posebno u zemljama jugoistočne Azije kao što su Bangladeš, Vijetnam i Kina. Takođe, Švajcarska ima nekoliko prirodnih žarišta gde se arsen nalazi u natprosečnim koncentracijama. Primer je tlo u Lisbergu u kantonu Bazelend.
„Poseban problem za biljke je taj što se arsen ponaša hemijski slično fosforu“, kaže profesor Klaus Šleppi sa Odeljenja za nauke o životnoj sredini Univerziteta u Bazelu. Fosfor je važan nutrijent koji biljke preuzimaju kroz posebne transportne kanale u svom korenu. „Arsen kroz ove kanale ulazi u biljke.
Kao rezultat toga, sve više i više toksične supstance se akumulira u biomasi i ulazi u lanac ishrane. Dugoročno, ovo negativno utiče na zdravlje ljudi. Visoka izloženost arsenu može izazvati neurološka oštećenja i rak, na primer.
Ali, kako je Schlaeppijev tim sada objavio u časopisu PNAS, kukuruz smanjuje toksičnost arsena kroz jedinjenja poznata kao benzoksazinoidi. Ove supstance proizvodi većina biljaka iz botaničke grupe trava, koja takođe uključuje kukuruz i pšenicu. Kukuruz proizvodi posebno velike količine benzoksazinoida, koji se takođe oslobađaju u zemljište kroz korenov sistem.
„Već su postojali neki dokazi da kukuruz uzima manje arsena od drugih biljnih vrsta“, kaže Šlepi.
Da bi testirali ovu hipotezu, istraživači su uzgajali biljke kukuruza u dve vrste zemljišta: bez arsena i sa visokim nivoom arsena. Oni su paralelno izveli isti eksperiment koristeći biljke kukuruza koje ne mogu da proizvode benzoksazinoide zbog genetskog defekta. Schlaeppi je ove eksperimente izveo u saradnji sa istraživačkim grupama profesora Adriena Mestrota i profesora Matthiasa Erba sa Univerziteta u Bernu.
Rezultat je bio nedvosmislen: kukuruz koji proizvodi benzoksazinoide bolje je rastao u zemljištu koje sadrži arsen i akumulirao je znatno manje arsena u svojoj biomasi od kukuruza koji nije izlučivao benzoksazinoide.
Kada su istraživači pomešali benzoksazinoide u zemljište koje sadrži arsen, mutantne biljke su takođe bile zaštićene od toksičnosti arsena. „Ovo je pružilo dokaz da je prisustvo benzoksazinoida u zemljištu smanjilo unos arsena u biljke“, kaže Schlaeppi.
Zatim su istraživači želeli da pronađu osnovni mehanizam koji izaziva ovaj efekat. Analize mikrobioma korena su pokazale da bakterije i gljivice nisu bile uključene. Međutim, hemijske analize zemljišta su pokazale da je posebno toksični oblik arsena nestao kada su prisutni benzoksazinoidi.
„Ovo je ukazivalo na to da benzoksazinoidi transformišu arsen na takav način da se više ne može preuzeti kroz koren“, navodi ona. O kakvim hemijskim procesima se radi, još uvek nije jasno.
Dalji eksperimenti su pokazali da je pozitivan efekat benzoksazinoida u zemljištu dugo trajao: čak je i druga generacija kukuruza još uvek imala koristi od ispuštanja benzoksazinoida prve generacije.
„Jedna primena ovih nalaza bila bi kultivisanje na lokacijama kontaminiranim arsenom sorti biljaka koje oslobađaju više benzoksazinoida“, kaže Schlaeppi. Biljke koje emituju hiperemitovanje mogu se stvoriti klasičnim uzgojem ili ciljanim genetskim modifikacijama. „Na ovaj način bismo mogli biti sigurniji da manje arsena ulazi u lanac ishrane.“
