Науковці з Мічиганського державного університету понад 40 років досліджували, як рослини реагують на вплив комах, і з’ясували, що для захисту від шкідників багато з них виділяють особливу речовину — ізопрен. Хоча ця сполука допомагає рослинам протистояти атакам, одночасно вона сприяє забрудненню атмосфери.
Про це розповідає ProIT
Ізопрен: природна оборона рослин і потенційна загроза екології
Ізопрен — це органічний вуглеводень, який рослини виділяють для самозахисту. Особливо активно ця реакція проявляється у відповідь на пошкодження листя комахами. Дослідження під керівництвом професора Тома Шаркі показало, що комахи, які споживають листя із ізопреном, стикаються з труднощами у перетравленні білків, що призводить до сповільнення їх росту та розвитку. Така захисна реакція, зокрема, простежується у дубах, тополях, соснах та евкаліптах.
Проте побічним ефектом цього захисту є те, що викиди ізопрену в атмосферу можуть посилювати вже існуюче забруднення повітря. У містах і промислових регіонах, де концентрація оксидів азоту і так висока, ізопрен вступає в хімічну реакцію із цими сполуками під впливом сонячного світла. У результаті утворюються озон, аерозолі та інші шкідливі речовини, що погіршують якість повітря.
Сільськогосподарські культури і глобальні наслідки
Одне з останніх досліджень показало, що навіть рослини, які раніше вважалися неспроможними виробляти ізопрен — наприклад, соєві боби — здатні синтезувати цю речовину при пошкодженні листя. Це відкриття може вплинути на підвищення стійкості агрокультур до спеки й шкідників, проте водночас піднімає питання щодо подальшого навантаження на атмосферу.
Вчені з’ясували, що основна дія ізопрену не полягає у відлякуванні комах, а у стимуляції вироблення жасмонової кислоти. Ця молекула погіршує травлення білків у шкідників і сповільнює їхній розвиток. Раніше вважалося, що такі культури, як соя та кукурудза, втратили здатність виробляти ізопрен у процесі еволюції, однак у 2022 році було виявлено два активні гени ізопренсинтази у сої. Під час експериментів зі штучним ушкодженням листя ці рослини почали виділяти ізопрен, хоча й у невеликих кількостях.
Важливо, що ізопрен за рівнем викидів у повітря поступається лише метану. Його взаємодія з промисловими та транспортними викидами сприяє формуванню токсичних сумішей, які особливо небезпечні у періоди спеки, коли багато рослин значно активізують його вироблення. При цьому для рослин це означає відволікання ресурсів від росту і нагромадження поживних речовин на користь захисних механізмів.
«Це одне з найважливіших питань, яке має бути отримане в результаті цього дослідження. Чи слід нам додавати ізопрен до сільськогосподарських культур, щоб вони були захищені від комах і змирилися з їх впливом на озон? Чи нам слід генетично модифікувати рослини, щоб максимально відключити ізопренсинтазу та покращити атмосферу?», — пояснює Том Шаркі.
Дослідники наголошують, що потрібно провести додаткові дослідження, щоб зрозуміти, як саме вироблення ізопрену впливає на стійкість рослин до стресових факторів, а також визначити його роль під час екстремальних погодних умов. Особливе занепокоєння викликає потенційний вплив масового вирощування сої та інших культур, здатних виділяти ізопрен, на атмосферу в умовах глобального потепління.
Результати досліджень опубліковано у наукових журналах Science Advances і PNAS.