Ученые из Мичиганского государственного университета более 40 лет исследовали, как растения реагируют на воздействие насекомых, и выяснили, что для защиты от вредителей многие из них выделяют особое вещество — изопрен. Хотя это соединение помогает растениям противостоять атакам, одновременно оно способствует загрязнению атмосферы.
Об этом сообщает ProIT
Изопрен: природная оборона растений и потенциальная угроза экологии
Изопрен — это органическое углеводородное соединение, которое растения выделяют для самозащиты. Особенно активно эта реакция проявляется в ответ на повреждение листьев насекомыми. Исследование под руководством профессора Тома Шарки показало, что насекомые, которые потребляют листья с изопреном, сталкиваются с трудностями в переваривании белков, что приводит к замедлению их роста и развития. Такая защитная реакция, в частности, наблюдается у дубов, тополей, сосен и эвкалиптов.
Однако побочным эффектом этой защиты является то, что выбросы изопрену в атмосферу могут усиливать уже существующее загрязнение воздуха. В городах и промышленных районах, где концентрация оксидов азота и так высока, изопрен вступает в химическую реакцию с этими соединениями под воздействием солнечного света. В результате образуются озон, аэрозоли и другие вредные вещества, ухудшающие качество воздуха.
Сельскохозяйственные культуры и глобальные последствия
Одно из последних исследований показало, что даже растения, которые ранее считались неспособными производить изопрен — например, соевые бобы — способны синтезировать это вещество при повреждении листьев. Это открытие может повлиять на повышение устойчивости агрокультур к жаре и вредителям, однако одновременно поднимает вопрос о дальнейшем воздействии на атмосферу.
Ученые выяснили, что основное действие изопрену не заключается в отпугивании насекомых, а в стимуляции выработки жасмоновой кислоты. Эта молекула ухудшает переваривание белков у вредителей и замедляет их развитие. Ранее считалось, что такие культуры, как соя и кукуруза, утратили способность производить изопрен в процессе эволюции, однако в 2022 году были обнаружены два активных гена изопренсинтазы у сои. Во время экспериментов с искусственным повреждением листьев эти растения начали выделять изопрен, хотя и в небольших количествах.
Важно, что изопрен по уровню выбросов в воздух уступает лишь метану. Его взаимодействие с промышленными и транспортными выбросами способствует формированию токсичных смесей, которые особенно опасны в периоды жары, когда многие растения значительно активизируют его производство. При этом для растений это означает отвлечение ресурсов от роста и накопления питательных веществ в пользу защитных механизмов.
«Это один из самых важных вопросов, который должен быть получен в результате этого исследования. Следует ли нам добавлять изопрен к сельскохозяйственным культурам, чтобы они были защищены от насекомых и смирились с их влиянием на озон? Или нам следует генетически модифицировать растения, чтобы максимально отключить изопренсинтазу и улучшить атмосферу?», — объясняет Том Шарки.
Исследователи подчеркивают, что необходимо провести дополнительные исследования, чтобы понять, как именно выработка изопрену влияет на устойчивость растений к стрессовым факторам, а также определить его роль в условиях экстремальных погодных явлений. Особое беспокойство вызывает потенциальное влияние массового выращивания сои и других культур, способных выделять изопрен, на атмосферу в условиях глобального потепления.
Результаты исследований опубликованы в научных журналах Science Advances и PNAS.