Találták a giliszták titkát az elhullott levelek fogyasztásában

A giliszták a növények mérgező védelme ellenére képesek megemészteni az elhalt növényi anyagokat. Most a tudósok tudják, hogyan csinálják.

Publikálva 2015. augusztus 4-én, 11:00 órakor

fogyasztásának

Lehet, hogy a férgek nem a leginkább fotogén lények, de létfontosságúak a bolygónk számára, ahogy ismerjük. A lehullott levelek és más elhullott növényi anyagok rágcsálásával csökkentik a talajon lévő anyagkupacokat és visszajuttatják a szenet a talajba, gazdagítva a talajt.

Most a londoni Imperial College kutatói rájöttek, hogy a férgek hogyan képesek megemészteni az elhalt növényeket a mérgező vegyi anyagok ellenére, amelyek elriasztják a legtöbb más növényt. A növények polifenolokat készítenek, amelyek antioxidánsként hatnak, és színüket adják a növényeknek. Általában blokkolják az emésztést is.

A tudósok olyan molekulákat azonosítottak a földigilisztában, amelyek ellensúlyozzák a növény természetes védekezőképességét. A drilodefenzineknek nevezett molekulák lehetővé teszik, hogy a földigiliszta testtömegének egyharmadát egy nap alatt megegye. Minél több polifenolt detektálnak egy giliszta étrendjében, annál több drilodefenzint termel a bélben - találták a kutatók.

Amint a földigiliszták a földbe fúródnak, szájjal eszik talajt, amely az első szegmensben található. Bontott szerves anyagokból nyerik ki a tápanyagokat, tápanyagokat és ásványi anyagokat szállítanak alulról a felszínre hulladékaik révén - és alagútjaik levegőztetik a földet.

"Drilodefenzinek nélkül a lehullott levelek nagyon sokáig maradnának a föld felszínén, vastag rétegig halmozódva fel" - mondta Jake Bundy, az Imperial Sebészeti és Rákügyi Minisztériumának sajtóközleménye. "Vidékünk felismerhetetlen lenne, és a szén-dioxid-kerékpározás egész rendszere megszakadna."

Ennyi csámcsogáshoz sok a földigiliszta emésztő molekulája szükséges. Manuel Liebeke a londoni Imperial College-ból becslése szerint a Föld minden egyes emberére legalább 1 kg (2,2 lbs) drilodefenzin van jelen a bolygó földigilisztáiban. Ilyen mennyiségű molekulával még mindig olyan nagy a kereslet, hogy a földigiliszták újrafeldolgozzák a molekulákat, hogy emésztődjenek.

A kutatók a tömegspektrometrián alapuló modern vizualizációs technikák segítségével azonosították a férgek emésztésének kulcsát. Manuel Liebeke a londoni Imperial College-tól elmagyarázta, hogy a technológia lehetővé tette a tudósok számára, hogy az állatok biológiájához hasonlóan soha.

"Most minden molekulát képesek vagyunk elhelyezni, például egy ürömben, egy adott helyre. A molekula helyének ismerete segíthet abban, hogy kitaláljuk, mit is csinál valójában" - mondta Liebeke sajtóközleményében.

A tanulmány a Nature Communications mai kiadásában jelent meg.

A földigiliszták alázatos alanyoknak tűnhetnek, de sok állat táplálékául szolgálnak, például madaraknak, patkányoknak és varangyoknak, és gyakran használják komposztálásban, valamint csaliként a kereskedelmi és szabadidős horgászatokban.

Talán a legfontosabb, hogy Charles Darwin szavai szerint "a természet szántói" szolgálnak.

Giliszták gazdag szerves talajban. Fúrás közben a férgek talajt fogyasztanak, hogy eltávolítsák a tápanyagokat a bomló szerves anyagokból, például a levelekből és a gyökerekből.

Az a rejtély, hogy a levelek miért válnak ilyen különböző formájúvá, közelebb van egy új matematikai modellnek köszönhetően, amely a levélvénák szemszögéből nézi a problémát. Mivel a növények az üvegházhatású gázok szén-dioxidjának nagyobb részét szívják el, mint bármi más a bolygón, a levélvénák megértése fontos része a globális széndioxid-költségvetési rejtvény küzdelmének.

"A levelek a világ minden táján évente nagyon nagy mennyiségű szén-dioxidot vesznek ki a légkörből" - mondta Ben Blonder, az Arizonai Egyetem doktorandusa. A levelek többet vesznek fel, mint az óceánok, és körülbelül tízszer többet, mint az emberek által a légkörbe juttatott mennyiség. "A szén-fluxus megértéséhez meg kell értened a levelek működését - mondta Blonder a Discovery News-nak." De nem minden levél működik egyformán. "

A levél működésében alapvetően három dolog játszik szerepet: az elkészítéséhez szükséges szénmennyiség, a levél élettartama és a napfény feldolgozásának sebessége vagy a fotoszintézis sebessége. Ezek a tényezők különböző módon kombinálódnak a különböző növényekben, különböző környezetekben, és hihetetlen sokféleséget teremtenek a levél formái és szerkezetei között. A vénák pedig mindennek az alapja. "Az igazán meglepő, hogy ezek a dolgok olyan módon kapcsolódnak egymáshoz, amelyek nem változnak az egész világon" - mondta Blonder.

Blonder kifejlesztett egy matematikai modellt annak megjóslására, hogy a levelek hogyan egyensúlyozzák ezt a három tényezőt a növény legjobb kiszolgálása érdekében, a levelek vénahálózataiban látható három tulajdonság felhasználásával: sűrűség, a vénák közötti távolság és a kisebb vénák régiói, amelyek hasonlítanak az emberek kapillárisaira hogy ebben az esetben hurkokként.

A véna sűrűsége annak a jele, hogy egy levél mennyit fektetett be a hálózatba. A vénák közötti távolság annak a mértéke, hogy a vénák mennyire tartják vízzel és tápanyaggal ellátva a levelet. A hurkok száma megmutatja, hogy mennyire rugalmas egy levél, és mennyire függ össze egy levél élettartamával, mivel a hurkok lehetőséget nyújtanak a készlet átirányítására abban az esetben, ha egy levél megsérül.

A vénák sokat elárulnak egy növényről. Például, ha egy növény kinyitja levélpórusait, az úgynevezett sztómákat, hogy több szén-dioxidot szívjon fel a fotoszintézishez, a levél is sok vizet veszít el a párolgás miatt. Ehhez sok vízvezeték szükséges a levelekben, hogy a vízbe csövezhessenek. Ez viszont rengeteg nagy eret jelent. Ha egy növénynek állandóan sok vízre van szüksége, akkor előnyben részesítheti a vénák bizonyos geometriai elrendezését, ami általános levélalakokra utal. Tehát a vénák - a levél csontváza - határozzák meg, hogy klasszikus juhar alakú vagy pengeszerű fűz lesz-e.

- A vénák mindenfélét csinálnak - mondta Blonder. Szerkezeti támaszt nyújtanak, ellenállnak a károsodásoknak, tápanyagokat szállítanak, sőt kémiai jeleket küldenek a növénynek, hasonlóan az állatok idegeihez. "Vannak kompromisszumok a levélmintákról" - tette hozzá. "Amit megtehettünk, az az, hogy ezeket a dolgokat szintetizáljuk, így mindegyiknek egy nagy képen van értelme."

Blonder modelljét - a fotoszintézis arányának, a levél élettartamának, a szénköltségnek, sőt a nitrogén költségeinek összefüggéseinek előrejelzését - világszerte több mint 2500 fajon tesztelte. Működött. Aztán Lindsey Parker, Jackie Bezinson és David Cahler egyetemi hallgatói asszisztensekkel teszteltek 25 levelet az arizonai egyetem campusáról. Kezdeti eredményeik azt sugallják, hogy a modell helyi szinten működik, bár kiterjesztik tesztjeiket a coloradói Rocky Mountain Biological Laboratory fajokból származó levelek tanulmányozására. Blonder és tanítványai az Ecology Letters folyóiratban publikálták a vénákról szóló munkájukat.

Végül a levelek jó megértése beépül az éghajlati modellekbe. Ez nemcsak a szén-dioxid-költségvetés egyensúlyának megteremtésében segíthet, hanem megjósolhatja a párolgási arányokat és más, az időjárással és az éghajlattal kapcsolatos kérdéseket is, amelyek nagymértékben függenek a növényektől. "Alapvető fontosságú megérteni, hogy a növények hogyan viszonyulnak a globális szén-dioxid-körforgáshoz" - mondta Blonder.