Растения создают броню из металлов

Недавно ученые выяснили, что дождевые черви научились жить в сильно загрязненных почвах, содержащих большое количество тяжелых металлов. Цинк и свинец черви откладывают в особых клеточных органеллах, где металлы превращаются в безвредную неактивную форму, а потом выводятся от организма с экскрементами.

Любители металлов

Способность растений бороться с высокими уровнями загрязнения среды и расти в самых невообразимых местах, например, на отвалах карьеров, где добываются руды цветных металлов, всегда удивляла ученых. Все эти металлоустойчивые растения имеют одну общую особенность — они аккумулируют в своих тканях тяжелые металлы. По подсчетам специалистов, сейчас известно около 450 видов таких растений. Один из самых ярких примеров — тропическое дерево Niemeyera acuminate из семейства сапотовых, которое растет на островах Новой Каледонии на почвах, богатых никелем. Это дерево накапливает так много никеля, что его древесный сок приобретает зеленоватый оттенок.

Правда, вопрос, зачем растениям накапливать большое количество ненужных и даже вредных веществ и хранить эти сомнительные запасы в листьях и стеблях, до настоящего момента ставил ученых в тупик. Казалось бы, намного выгоднее научиться вообще не поглощать их, а если и поглощать, то ровно столько, сколько их содержится в окружающей среде.

Металлы защищают от болезней

Ученые из Оксфордского университета под руководством Хелен Фонс (Helen Fones) изучали популяции ярутки альпийской (Thlaspi caerulescens) – растения, известного способностью накапливать металлы. Фонс и ее коллеги экспериментально доказали, что большое количество цинка, никеля и кадмия, которые попадают в растения из почвы и откладываются в стеблях и листьях, защищает их от болезней. «Наше исследование показывает, что эти растения используют среду, в которой обитают, чтобы защитить себя от инфекции. Когда они накапливали достаточное количество металлов, инфицирования вообще не происходило», — говорит доктор Гайл Престон, один из авторов исследования.

Ученые выращивали растения в гидропонной установке, в которую поступали сульфат цинка, никель и кадмий. Затем ввели в их ткани суспензию Pseudomonas syringae (эта бактерия вызывает сначала пожелтение листьев, а потом и гибель всего растения). При максимальных концентрациях цинка, никеля и кадмия (14; 1,4 и 0,7 граммов на килограмм сухого веса листьев соответственно) растения не заражались опасной бактерией и не заболевали.

«Результаты, которые мы получили, можно применить, например, при восстановлении загрязненных территорий. Один из возможных вариантов — выделить в ярутке альпийской гены, ответственные за аккумуляцию тяжелых металлов, и перенести их в растения, которые быстро растут и формируют много биомассы. А на почвах, где есть какое-то количество металлов, недостаточное для добычи обычными способами, можно использовать эти растения в качестве «фабрик» — периодически собирать листья, срезать стебли и выделять из них металлы», — говорит Фонс.

Статья Фонс и ее коллег «Metal Hyperaccumulation Armors Plants against Disease» опубликована в последнем номере журнала PLoS Pathogens.