In het hart van Death Valley, een van de meest onherbergzame plekken op aarde, waar de zomertemperaturen regelmatig boven de 49 graden Celsius uitkomen, lijkt het leven zeer weinig kans te hebben. Maar juist in deze hel van zand en zon groeit een plant ongestoord, die niet alleen in staat is te overleven, maar ook zijn groei kan versnellen als de hitte extreem wordt. Wordt gebeld Tidextromia oblongifoliaook bekend als honingzoet uit Arizona, en is officieel erkend als de meest hittetolerante plant ooit gedocumenteerd.
Volgens onderzoekers heeft deze woestijnsoort een unieke biologische strategie ontwikkeld: hij heeft het proces van fotosynthese van binnenuit heroverwogen, waardoor dodelijke temperaturen voor de meeste planten in een concurrentievoordeel zijn veranderd. Een ontdekking die de toekomst van de mondiale landbouw, die steeds meer bedreigd wordt door de opwarming van het klimaat, zou kunnen veranderen.
Net als een woestijnplant kan hij beter groeien als de hitte boven de 49 komt
Het onderzoek kwam voort uit een ogenschijnlijk simpele vraag: hoe kan een plant groen, productief en snel groeiend blijven in omstandigheden die binnen enkele uren bijna al het andere plantenleven doden? In eerste instantie leken de laboratoriumresultaten teleurstellend. De zaden van Tidextromia oblongifoliaopgegroeid in gecontroleerde omgevingen, groeiden met moeite, bijna alsof ze ongeschikt waren voor het leven.
Het probleem lag echter niet bij de plant. Het was de context. Klassieke laboratoriumomstandigheden waren te ‘zacht’ vergeleken met de klimatologische wreedheid van Death Valley. De onderzoekers besloten daarom om de natuurlijke omgeving van de plant kunstmatig na te bootsen, door speciale groeikamers te bouwen die intens zonlicht, sterke dagelijkse temperatuurschommelingen en extreme temperaturen kunnen simuleren.
Toen de context realistisch werd, kwam de ware aard van de plant krachtig naar voren. In slechts tien dagen tijd zal de biomassa van Tidextromia oblongifolia verdrievoudigd, terwijl andere woestijnplanten, die al als resistent tegen de hitte werden beschouwd, volledig stopten met groeien. Een gedrag dat nog nooit eerder met deze intensiteit is waargenomen.
Het geheim van de meest hittebestendige plant
De kern van deze buitengewone weerstand ligt in de snelle aanpassing van de fotosynthese. Na slechts twee dagen blootstelling aan extreme temperaturen verandert de fabriek haar ‘comfortbereik’ en blijft ze efficiënt energie produceren. Na twee weken bereikt de optimale temperatuur voor fotosynthese 45 graden Celsius, wat hoger is dan die van enig bekend landbouwgewas.
Als ze nog dieper gingen, observeerden de onderzoekers dramatische veranderingen op cellulair niveau. Mitochondria, verantwoordelijk voor de energieproductie, komen fysiek dichter bij de chloroplasten, waar fotosynthese plaatsvindt. Tegelijkertijd nemen de chloroplasten een komvorm aan, wat nog nooit eerder bij vaatplanten is gedocumenteerd. Deze configuratie maakt een efficiënter hergebruik van koolstofdioxide mogelijk, waardoor de energieproductie stabiel blijft, zelfs onder extreme thermische stress.
Tegelijkertijd wijzigen binnen 24 uur duizenden genen hun activiteit. Velen van hen zijn betrokken bij het beschermen van eiwitten, celmembranen en fotosynthesesystemen tegen schade door hitte. De toename van de productie van Rubisco-activase, een essentieel enzym dat voorkomt dat de fotosynthese blokkeert wanneer de temperatuur onbetaalbaar wordt, speelt ook een sleutelrol. Op deze manier wordt de hitte niet langer geleden, maar omgezet in een biologisch voordeel.
Omdat deze ontdekking de toekomst van de landbouw kan veranderen
De implicaties van deze studie, gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Current Biology, reiken veel verder dan de woestijnbotanie. Nu de mondiale temperaturen stijgen, die tegen het einde van de eeuw naar schatting met wel 5 graden Celsius zullen stijgen, vermindert hittestress nu al de opbrengsten van belangrijke gewassen zoals tarwe, maïs en rijst.
Tot nu toe heeft het onderzoek moeite gehad om gecultiveerde planten beter bestand te maken tegen hitte, ook omdat de studies zich vooral hebben gericht op soorten die gemakkelijk te kweken zijn in het laboratorium, maar niet erg representatief zijn voor extreme omstandigheden. Tidextromia oblongifolia gooit dit perspectief omver en toont aan dat planten tot veel geavanceerdere aanpassingen in staat zijn dan eerder werd gedacht.
Door de genen, enzymen en celstructuren te identificeren die verantwoordelijk zijn voor deze resistentie, hebben wetenschappers nu concrete doelen voor het ontwikkelen van veerkrachtiger gewassen. Het overbrengen van deze mechanismen naar voedselplanten zal tijd en zorgvuldig experimenteren vergen, maar de richting is bepaald. In een toekomst waarin hittegolven niet langer een uitzondering zijn, kunnen de lessen die uit een woestijnplant worden geleerd de mondiale voedselzekerheid veiligstellen.
Mogelijk bent u ook geïnteresseerd in:
