10 botanických pozorování, které mohou změnit svět

Pokud jde o velké vědecké zprávy, pole botaniky - obor biologie zabývající se životem rostlin - vždy vypadá, že konečně vypadá jako ten plachý chlapec, který se vynechává. Zdá se, že lidé mají obraz botanistů, kteří zahrnují rozkošně starší oslavované zahradníky, kteří klečí do půdy s malými piky při výsadbě květin.

Botanika je však v popředí vědy. Toto pole pomáhá informovat a utvářet ty sexy oblasti, které získají všechny kamery a pozornost, jako je genetika, biotechnologie, paleontologie a studie klimatických změn. Existuje však mnoho botanických pozorování, které slibují změnu dnešního světa.

10Fungi může zvýšit výnosy plodin

V roce 2014 se vědci naučili, jak používat symbiotické vztahy, které rostliny vytvářejí s houbami, aby se zvýšily výnosy plodin a zároveň se využívalo méně hnojiv.

Vědci již dlouho vědí, že většina rostlin využívá prospěšné houby v půdě kolem nich k produkci mykorhizí (houbových kořenů). Tyto houby mají dlouhé vlákna - nazývané hyfy -, které mohou dosáhnout živin, které rostliny vlastní kořeny nemohou. Tento vztah pomáhá rostlinám shromažďovat tyto živiny efektivněji.

Nyní tým výzkumníků, který vedl Dr. Michael Schultze z biologického oddělení v York v Anglii, objevil protein (známý jako "protonová pumpa"), který působí jako rozhraní mezi houbami a kořenovými buňkami rostlin. To umožňuje přenášet živiny do rostliny. Toto pozorování bylo publikováno v časopise Rostlinná buňka který vyrábí Americká společnost rostlinných biologů.

Dr. Schultze prohlásil, že protonová pumpa specifická pro mykorhizu by byla způsob, jak by chovatelé rostlin mohli zvýšit výnosy plodin a zároveň minimalizovat používání hnojiv tím, že využijí přirozeného zvýšení výživových přínosů. Minerální hnojiva jsou proslulým zdrojem problémů životního prostředí. Mohou vést k erozi půdy a kontaminaci podzemních vod nitráty a fosforečnany. Vysoká úroveň dusičnanů je pro lidské zdraví nebezpečná. Kontaminace fosfáty vede k nadměrnému růstu řas, protože řasy zemřou a kyslík pijáku z vody, jak se rozkládá - proces nazvaný eutrofizace.

9Důležitá výhoda odolnosti vůči kukuřičnému kousku

Bt kukuřice (ošetřená bakteriemi Bacillus thuringiensis) je dobře známá geneticky modifikovaná kukuřičná odrůda, která se chová jako odolná vůči kukuřičným kořeny. Tyto středozápadní američtí škůdci zdevastují plodiny jak v larválním, tak v dospělém tvaru brouků. Kukuřičné kořeny stojí pěstitelům až o 1 miliarda dolarů ročně.

Bt kukuřice chrání sám tím, že produkuje pesticid nazývaný BT (což je bakteriální toxin) uvnitř sebe. To snižuje potřebu postříkání kukuřice pesticidy. Vedle zřejmých přínosů vědci zjistili, že kukuřice Bt často překračuje očekávání a produkuje větší výnosy, než se očekávalo.

V roce 2012 publikovali Fred Below a Jason Haegele z University of Illinois v Urbana-Champaign studii, která stanovila, že kukuřice Bt zvyšuje výnosy zvýšením příjmu dusíku při současném zvyšování účinnosti používání dusíku. Tím, že se nemusíte investovat do nákladných strategií na ochranu proti škůdcům, rostliny se mohou svobodně rozvíjet v zdravějších a aktivnějších kořenových systémech, což vede k rostoucí produkci všude kolem.

Bt kukuřice také slibuje přínos pro vědce, kteří zkoumají kořenové systémy. Velké populace rostlin rostoucích blízko sebe - jako jsou plodiny - mohou produkovat velké sítě kořenových systémů, pokud jsou tyto kořeny chráněny před škůdci. To dává výzkumníkům větší zásobu zdrojů, s nimiž je třeba pracovat, když se snažíme pochopit, jak fungují kořenové systémy. To zase může vést k dalším plodným cestám výzkumu a vývoje.

8Roboty inspirované rostlinami

Výzkumní pracovníci z projektu EU Istituto Italiano di Tecnologia, který financuje EU, pracují na řadě pokročilých robotických projektů inspirovaných tím, co se zdá být nepravděpodobným zdrojem: život rostlin.

Barbara Mazzolai je koordinátorem projektu FP7-PLANTOID, jehož cílem je navrhnout a prototypovat hardwarová a softwarová řešení v oblasti robotiky inspirovaná rostlinami. To zahrnuje způsob, jakým se pohybují, cítí svět a dokonce způsob, jakým rostou jejich kořeny. Zatímco mnozí vidí rostliny jako pasivní organismy, které prakticky nic nedělají, rostliny se ve skutečnosti pohybují. Mnohokrát je toto hnutí "mimořádně efektivními způsoby".

Skupina vyvinula obecný prototyp, jehož cílem je využívat způsoby, jakým rostliny interagují se světem. Obsahuje 3-D vytištěný kmen a listy, které slyší věci, jako je teplota, gravitace a vlhkost. Má také kořenový systém, který roste a mění směr podle potřeby. Toto je poprvé, co se vědci podívali na rostliny, aby řešily robotické problémy.

Mazzolai a její tým nakonec doufají, že tuto práci využijí v různých oblastech, jako je zemědělství, medicína a průzkum vesmíru. Představují budoucí roboty, které by mohly být propuštěny do cizího světa, kde by se implantovali a používali senzorické informace k přizpůsobení se drsným prostředím. Další možností je vytvořit flexibilní endoskopické chirurgické roboty, které by mohly cestovat lidským tělem.

Projekt PLANTOID je financován z EU ve výši 1,6 milionu EUR a předpokládá se, že bude dokončen v roce 2015. V současné době pracuje na pokročilejším prototypu s většími schopnostmi. Doufá, že vyvinou model, který využívá své vnější prostředí k tomu, aby čerpal energii a inteligentnější roboty, kteří se mohou poučit z environmentálních podnětů a rozhodovat na nich. Můžete sledovat průběh projektu a dozvědět se více zde.

7Desert zemědělské techniky

Nedávný výzkum v oblasti pouštních zemědělských technik vedl k novým poznatkům o tom, jak rostliny vytvářejí vztahy s bakteriemi a podporují růst. To má důležité potenciální aplikace.

Ve studii z roku 2012 zveřejněné v roce 2006 PLOS ONE, výzkumníci použili plantáž pepře citlivou na sucho (Capsicum annuum L.) a zaměřil se na organismy, které kolem něj rostly za sucha. Udělali to tím, že rozštíhli kořenové systémy a odebírali vzorky jak kultivovaných, tak neobdělávaných půd.

Zjistili, že když byly vystaveny podmínkám sucha, byly obohaceny bakterie obklopující rostliny a rostliny rostly až na 40% zvýšení fotosyntézy a produkce biomasy.

Čím více rostlinných biologů studuje způsob, jakým rostliny interagují s organismy, které rostou kolem nich, tím více je rozumné mluvit o rostlinách jako o "meta-organismu", kde je mikrobiální oblast kolem toho stejně tak součástí celého samotné rostliny. Ve světě, kde klimatické změny a rostoucí lidská populace budou klást velký důraz na dostupnost vody a množství půdy využitelné pro zemědělství, tento výzkum nám pomůže udržet vysoký výnos plodin pomocí minimálního zavlažování.

6Výroba mořských plodů

Vzhledem k tomu, že řasy rozkvetou blízké pláže a narušují ekosystémy, řasy jsou už po nějakou dobu rostoucím ekologickým problémem. Je mnoho lidí považováno za pohromu a problém, který musíme vymýtit.

Ale jedna skupina výzkumníků nesouhlasí. Řekli: "V našem výzkumu otočíme argument na jeho hlavu a vidíme, že řasa je zdrojem. Sbíráme nadbytečné řasy podél pobřeží a pěstujeme nové řasy na moři. "Proč by to udělaly?

Fredrik Grondahl, šéf projektu Seafarm na KTH Royal Institute of Technology ve Švédsku, doufá, že bude používat řasy jako levný a bohatý zdroj potravin, léků, plastů a biopaliv. Lidé využívají téměř 40 procent produkce pocházející z pozemních ekosystémů, ale pouze asi 1 procento z toho, co může produkovat moře.

Nadměrné oplodnění našich oceánů v důsledku lidské činnosti - nazývané eutrofizace - skončí tím, že vytvoří příliš mnoho řas, a aby to zhoršilo, to, co vyrábíme z moře, je většinou zneužívající. Některé rybolovné postupy, včetně vlečných sítí, zpustávají oceány. Trawling zabíjí tisíce živých věcí, které se nikdy nepoužívají, aby získaly ryby, které trawleři chtějí. Využití potenciálu řas by mohlo změnit vše. Jeho užitečnost je neuvěřitelná a téměř úplně přehlížená ve většině západních kultur.

Řasy obsahují vitaminy, aminokyseliny a minerály. Může se jíst prostá nebo použitá k výrobě koření a olejů. Může také nahradit formy krmiv, které poškozují životní prostředí. Hnědá řasa může produkovat třikrát množství cukru nalezeného v cukrové řepě.

Projekt společnosti Grondahl Seafarm rozrůstá řasy na sudy a pak je sklízí na půdě, kde se dále zpracovávají procesy biorefinace. Jeho farma a další podobné projekty mají obrovský potenciál změnit svět.

Jiné národy používají řasy už nějakou dobu. Mnoho částí Asie, zejména Japonska, ji používá už po staletí. Irsko, stát s dlouholetou tradicí využívání mořských řas, vyvinul od roku 2010 rozsáhlé projekty pro pěstování řas. V roce 2011 Norsko zahájilo podobné projekty. Takže možná mořské farmy představované spisovateli sci-fi a futuristy jsou konečně na cestě.

5 Pozorování nového houby mohou vést ke zlepšení fungicidů

Nová studie od výzkumníků na University of Exeter v Anglii, publikovaná v říjnu 2014 vydání Přírodní komunikace, ukazuje mechanismus, ve kterém se většina patogenních hub vyhýbá imunitnímu systému rostlin, které napadají. Toto zjištění slibuje, že povede k úplně nové generaci fungicidů.

Biosciences profesor Gero Steinberg z UOE poukázal na to, že patogenní houby mají velký potenciál narušit světovou bezpečnost potravin a již stojí miliardy dolarů škody. Řekl: "Ve skutečnosti jsou ztráty pšenice, rýže a kukuřice vůči houbovým patogenům ročně stejné jako roční výdaje ministerstva vnitřní bezpečnosti USA - asi 60 miliard dolarů."

Ukazuje se, že většina patogenních hub injektuje rostlinu s efektorovými bílkovinami, které jí umožňují obejít automatické odpovědi imunitního systému a dostat se do rostlinných buněk. Houby používají signalizační organely - nazvané časné endosomy -, které se pohybují mezi jádrem houbových buněk a bodem invaze. Jedná se o posly a dodává bílkoviny, které dovolí houbě bezpečně vstoupit do rostliny.

Tím, že se učí, jak zakázat tento proces, by výzkumníci měli být schopni dodat nové fungicidy, které tuto chorobu léčí předtím, než houba někdy dostane šanci dělat svou špinavou práci. Dosavadní fungicidy jsou často patogenními houbami často neúčinné, protože jejich rychlý růst pomáhá jim rychle se přizpůsobit antifungálním léčebným postupům.

4Humánní střevní mikroby mohou poskytovat rostlinné biopaliva

Aby mohli rostliny používat jako biopaliva, vědci potřebují způsob, jak účinně rozbít buněčné stěny rostliny. Tradičně to dělají pomocí určitých mikrobů, které mají užitečnou vlastnost dělat právě to. Mezi pravděpodobné kandidáty patří mikroby, které existují u kravských rumens a termitových střev.

Ale v roce 2014 studie v Sborník z Národní akademie věd, Profesor Isaac Cann z University of Illinois a jeho tým vědců se domnívají, že našli lepšího kandidáta - v lidském střevu všech míst.

Studie potvrzuje dřívější hypotézu, že intestinální mikroby u lidí mají schopnost trávit vlákninu a přeměnit ji na cukry, které zase fermentují živiny, které lidské buňky používají. Tyto stejné cukry mohou být přiváděny do kvasinek za účelem výroby etanolu a jiných kapalných paliv. Dva z mikrobů nalezených u lidí -Bacteroides intestinalis a Bacteroides ovatus- se zdá být účinnější při odbourávání komplexních rostlinných vláken, než těch, které se nacházejí u krav.

Vedle významných důsledků pro lidské zdraví může tento objev značně prospět průmyslu biopaliv, který nám zase dovolí všem těžit z obrovských přínosů pro životní prostředí.

3Truhy, které mohou zvýšit bioprodukci

Výzkumní pracovníci Centra pro rostlinnou biotechnologii a genomiku vyvinuli novou formu biotechnologie: techniku ​​pro zvýšení produkce lesních porostů z biomasy bez změny tempa růstu, složení nebo anatomie stromu. Nejenže toto zvyšuje celkovou produkci stromů bez zvyšování poptávky po dřevě, ale dělá tak způsobem, který může zmírnit účinky globálního oteplování a zvýšit energetickou bezpečnost tím, že umožní mnohem větší produkci dřeva ve stejném prostoru.

Provedli to technikou, která modifikuje expresi určitých genů, které jsou zodpovědné za proces nazývaný "syleptické větvení" ve stromech, což zvyšuje počet větví, velikost plochy listů a celkový růst. Vědci tvrdí, že jejich technika může potenciálně pracovat na jakýchkoli druzích dřevin.

Vzhledem k potenciálnímu využití v odvětví bioenergie a energetických trhů byl tento proces patentován.

2Sound vibrace mohou brzy zvýšit sklizeň

V Evropě mají mnohé země rozsáhlé zákazy používání pesticidů. To vyvíjí tlak na vědce, aby našli alternativní metody kontroly škůdců. Mohlo by být možné, aby jeden den nahradil mnoho světových pesticidů zvukovým a pachovým systémem kontroly hmyzu? Výzkumníci v Itálii si to myslí.

Ilaria Pertot a tým výzkumných pracovníků EU, kteří pracují na projektu PURE, experimentovali se zvukovými vibracemi a feromony, aby narušili chování evropského mořského bobulí a cikád Scaphoideus titanus- dva společné hroznové škůdce.

Jelikož hrozny samotné představují 38% používání pesticidů v celé Evropě, je snadné vidět, jak tento výzkum může mít obrovský přínos pro životní prostředí, i když se ukáže, že nemá širokou použitelnost.

Vědci tvrdí, že na základě své dosavadní studie jsou metody, které rozvíjejí, stejně účinné, ne-li více, než použití chemických pesticidů a mohou je nahradit úplně.

1 Čínská rostlinná rozmanitost rozhodující pro globální zabezpečení potravin

Západ měl několik důvodů, proč Čína závidět v posledních několika desetiletích, a to může mít i jinou. Botanický tým z University of Birmingham v Anglii spolu s partnery z Číny tvrdí, že obrovské množství rostlinné rozmanitosti v Číně může být v budoucnu rozhodující pro globální zabezpečení potravin.

Čínská flóra obsahuje více než 20 000 vyšších druhů rostlin. Vědci identifikovali 871 těchto původních druhů, které jsou známé jako přírodní rostlinné příbuzné (CWR). Říká se tomu kvůli jejich genetickému potenciálu přizpůsobit se a pomáhat udržovat 28 důležitých globálních plodin (jako je rýže, pšenice, sójové boby a mnoho dalších). Některé se používají k tomu, aby rostlinám pomohly zlepšit odolnost vůči chladu nebo odolnost proti toxinům. Jiní zlepšili odolnost proti suchu nebo zlepšily nutriční vlastnosti, jako je obsah bílkovin. Čtyřicet procent z nich se vyskytuje nikde jinde na světě.

Nicméně to není dobrá zpráva. Vědci také zjistili, že nejméně 17 procent těchto nesmírně cenných druhů hrozí vyhynutí a vyžaduje okamžitou pozornost. Mezitím, s databází všech dokončených druhů, probíhají snahy o zahájení konzervace druhů v genových bankách, aby se zachovaly jejich cenné rysy.

Svět se teprve začíná uvědomovat význam CWR a dalších divokých rostlin v boji za zmírnění účinků globálního oteplování a zajištění zemědělské hospodářské stability. Výzkumná pracovnice Shelagh Kellová uvedla, že příslušná politika je neuvěřitelně složitá a že "musí být věnována pozornost čínskému CWR, aby bylo zajištěno, že jsou dostatečně zachovány, aby tato rozmanitost byla k dispozici v programech na zlepšení plodin před tím, než bude navždy ztracena. "