Šta šparoge imaju zajedničko sa orhidejom vanile? Ne mnogo, ako samo gledate izgled dve biljke. Međutim, kada pogledate unutra, njihovi listovi su sličniji nego što biste mislili, što otkriva sastav njihovih ćelijskih zidova.
Proučavanjem zidova biljnih ćelija — koji su za biljke ono što su skeleti za ljude — možemo otkriti sastav lišća i stabljika biljaka. To je upravo ono što je tim istraživača Univerziteta u Kopenhagenu uradio, u velikoj sveobuhvatnoj studiji. Čineći to, stvorili su nešto zaista novo: veliki „referentni katalog“ kompozicija biljnih ćelijskih zidova od 287 vrsta, koji naširoko predstavljaju čitavo biljno carstvo.
„Cvetnice su uspele da se prilagode najneprijatnijim i najsurovijim okruženjima na svetu, delom i zbog izgradnje zidova svojih ćelija. One daju biljkama i mehaničku strukturu i obezbeđuju unutrašnji transport vode. Zidovi biljnih ćelija su sastavljeni. mnogo različitih ugljenih hidrata, od kojih svaki ima jedinstvenu strukturu i funkciju – možete ih zamisliti kao blokove za građenje igračaka“, kaže botaničarka Louise Isager Ahl iz Prirodnjačkog muzeja Danske.
Ona nastavlja: „Iako se ljudi u velikoj meri oslanjaju na biljke i njihove ugljene hidrate za hranu, građevinske materijale, odeću i lekove, naše znanje o njihovoj finoj strukturi je još uvek prilično ograničeno. Znamo da su ugljeni hidrati neke od najsloženijih hemijskih struktura u prirodi, ali kako su sastavljeni, kako rade i kako su evoluirali u proteklih nekoliko miliona godina, još uvek je uglavnom nepoznato.“
Analizom tkiva listova i stabljika 287 različitih biljnih vrsta, istraživači su istraživali vezu između ultra-složenih biljnih ugljenih hidrata i njihove evolucione istorije, oblika rasta i staništa. Vrste uključene u studiju predstavljaju najvažnije evolucione grane biljnog drveta života, od algi do vaskularnih biljaka.
Hipoteza istraživača je bila da će oblik rasta i stanište takođe uticati na strukturu ćelijskog zida biljke. Očekivali su, na primer, da će pronaći sličnosti u sastavu ćelijskog zida između vrsta koje su bile genetski udaljene, ali žive u istom okruženju. Ispostavilo se da ovo nije slučaj:
„Na primer, u tipičnoj danskoj bukovoj šumi naći ćete stabla bukve, anemone, razne trave i druge biljke. Pošto dele isto stanište, lako bi se pomislilo da je i njihova konstrukcija slična. Međutim, naša analize pokazuju da se sastav ugljenih hidrata njihovih ćelijskih zidova znatno razlikuje. A kada uporedimo sastav ugljenih hidrata sa porodičnom istorijom biljaka, staništem i oblikom rasta, možemo videti da je prvenstveno porodična istorija ta koja određuje njihove individualne strukture“, objašnjava Ahl.
„Sastav ugljenih hidrata biljke je stoga bliže povezan sa mestom na porodičnom stablu nego sa njenim staništem i oblikom rasta. Ovde nasleđe igra važniju ulogu od životne sredine“, dodaje profesor Peter Ulvskov sa Katedre za biljke. i nauke o životnoj sredini.
Nasuprot tome, ovo takođe znači da se vrste koje morfološki liče jedna na drugu ili žive u istom tipu staništa mogu biti izgrađene na veoma različite načine. Jedan dobar primer ovoga odnosi se na par sukulenata koje su proučavali naučnici.
„Između ostalih, ispitali smo dve sukulentne vrste, biljku žada (Crassula ovata) i ogrlicu od žada (Peperomia rotundifolia); obe su uobičajene biljke za dnevne sobe kod kojih listovi liče jedno na drugo. Međutim, pripadaju dve različite porodice, a kada smo pogledajte njihove ugljene hidrate, ispostavilo se da su i dve biljke izgrađene veoma različito“, kaže Ahl.
Naučnici se nadaju da će drugi iskoristiti njihov veliki skup podataka, koji je besplatno dostupan, zajedno sa njihovim člankom u časopisu Biljka, ćelija i okruženje i životna sredina. Katalog sastava ćelijskih zidova bi se, na primer, mogao koristiti kao polazna tačka za ciljano oplemenjivanje biljnih kultura.
„Iako su ćelijski zidovi biljaka važna komponenta u našoj hrani, hrani za životinje, tekstilu i drugim materijalima, tek treba da ciljamo na uzgoj kultivisanih biljaka kako bismo poboljšali svojstva ćelijskog zida. Na primer, ćelijski zidovi određuju veliki broj povećaju svarljivost biljnog materijala. Ciljano oplemenjivanje ćelijskih zidova moglo bi da poveća i kvalitet i održivost stočne hrane. Sada postoji katalog od koga se može krenuti“, kaže Ulvskov.
Štaviše, istraživači veruju da je skup podataka idealan kada je u pitanju istraživanje biljaka otpornih na klimu.
„Naši podaci se mogu koristiti kao enciklopedija ili referentna baza podataka za istraživače kada, na primer, žele da planiraju studiju o biljnoj grupi na kojoj ranije nisu radili. Na primer, ako želite da proučavate kako biljne vrste na kiši šume, pustinje ili vresišta reaguju na uticaje životne sredine kao što su suša, visoki nivoi CO 2 ili poplave, skup podataka se može koristiti kao merilo“, kaže Ahl.
Ova vrsta znanja je važna jer će klimatske promene verovatno promeniti staništa biljaka:
„Sve klimatske i ekološke promene sa kojima se sada suočavamo predstavljaju izazov za biljke planete, a samim tim i za ljude, jer smo duboko zavisni od toga kako biljke funkcionišu. Ako želimo da razvijemo otpornije biljke, važno je da mi razumeju mehanizme pomoću kojih oni preživljavaju ili podlegnu. Ovde ključnu ulogu igra razumevanje njihovih gradivnih blokova, u vidu ćelijskih zidova i ugljenih hidrata“, zaključuje Ulvskov.
Istraživači su analizirali tkivo listova i stabljika 287 posebno odabranih biljnih vrsta. Vrste predstavljaju i glavne evolucione grane biljnog carstva, ali i prilagođavanja različitim staništima.
Uzorci su ispitani korišćenjem MAPP (microarrai polimer profiling) metode, koja je obezbedila jedinstvene kompozicije ugljenih hidrata (polisaharida) za materijal listova i stabljike. Ovi podaci su zatim povezani sa istorijom razvoja biljaka i njihovih staništa.
Biljni materijal sakupljan je kako u prirodi, pre svega na ostrvu Zeland, Demark, tako i iz raznih kolekcija Univerziteta u Kopenhagenu u Prirodnjačkom muzeju danske botaničke bašte, univerzitetskim staklenicima u kampusu Frederiksberg i Arboretumu u Horsholmu.
