Ζούμε σε μια εποχή όπου η ηλιακή ακτινοβολία αυξάνεται, το νερό λιγοστεύει, η ποιότητα του υποβαθμίζεται λόγω και των κλιματικών αλλαγών, και τα φυτά, βασικός κρίκος της διατροφικής μας αλυσίδας, προσαρμόζονται με βάση τους αμυντικούς μηχανισμούς που διαθέτουν και κυρίως την προστασία από το υπερβολικό φως. Εκεί ίσως βρίσκεται το "κλειδί" για το μέλλον... Στο κρυμμένο μυστικό των πρωτεϊνών των φυτών, που τα οδηγεί μόλις σημάνει "συναγερμός" από υπερβολική έκθεση στο φως να σταματούν τη φωτοσύνθεση και να μετατρέπουν την ενέργεια που λαμβάνουν σε θερμότητα.
Αν ο άνθρωπος μπορούσε να παρέμβει ώστε τα φυτά και να διατηρήσουν την απαραίτητη για την επιβίωσή τους άμυνα, αλλά ταυτόχρονα να γίνουν πιο ανθεκτικά και πιο αποδοτικά, τα οφέλη θα ήταν πολλαπλά για την ανθρωπότητα. Αυτό αποτελεί το μεγάλο στοίχημα της έρευνας αιχμής ενός Ηρακλειώτη επιστήμονα, του επίκουρου καθηγητή Υπολογιστικής Φυσικής στο Τμήμα Επιστήμης και Τεχνολογίας Περιβάλλοντος, στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Κύπρου, δρ. Βαγγέλη Δασκαλάκη, ο οποίος επιχειρεί στο Εργαστήριο Περιβαλλοντικών Μοντέλων του εν λόγω Ιδρύματος, με βάση τη βιοφυσική χημεία, να "ξεκλειδώσει" τα μυστικά της φωτοπροστασίας των φυτών, ώστε να κατανοήσει πλήρως τη διαδικασία αυτή. Με τον τρόπο αυτό η έρευνα θα ανοίξει νέους δρόμους, πολύτιμους για το μέλλον, με τις απειλές των κλιματικών αλλαγών ορατές, το φάντασμα της λειψυδρίας θεριεμένο μπροστά στην ανθρωπότητα και το μόνιμο πρόβλημα της πείνας να στοιχειώνει πολλές γωνιές του πλανήτη.
Το στοίχημα είναι μεγάλο και το ενδιαφέρον για τα αποτελέσματα της έρευνας αντικατοπτρίζεται σε δημοσιεύσεις σε μεγάλα επιστημονικά περιοδικά και κατάταξη στη λίστα των κορυφαίων ευρωπαϊκών ερευνητικών προγραμμάτων, όπως αυτό του δικτύου PRACE, που με αφιέρωμα στο περιοδικό "PRACE Digest" το ενέταξε στη σχετική λίστα των καλύτερων ερευνητικών εργασιών του 2017 που χρησιμοποιούν υπερυπολογιστές στη Γηραιά ήπειρο... Ένα πολύτιμο εργαλείο που χρησιμοποιεί ο κ. Δασκαλάκης με την ομάδα του για την έρευνα αιχμής, έχοντας αναπτύξει διεθνείς συνεργασίες μεταξύ άλλων με το Πανεπιστήμιο "Queen Mary" της Βρετανίας, το Πανεπιστήμιο της Πραιτόρια στη Νότια Αφρική και το Πανεπιστήμιο "Jacobs" στη Γερμανία.
Στο επίκεντρο των ερευνών βρίσκεται η λεγόμενη "φωτοπροστασία" των φυτών αλλά και άλλων οργανισμών όπως τα άλγη, που έχουν "προγραμματιστεί" από το γενετικό τους κώδικα να εκμεταλλεύονται στο μέγιστο την ηλιακή ενέργεια, ακόμα και όταν αυτή είναι σε χαμηλά επίπεδα. Άλλωστε, όλοι μας γνωρίζουμε ως ένα βαθμό το μηχανισμό αυτό, βλέποντας τα φυτά να στρέφουν τα φύλλα και τα βλαστάρια τους προς το φως για να δεχτούν τις ευεργετικές ακτίνες του ήλιου και να φωτοσυνθέσουν, αλλάζοντας ακόμα και το σχήμα τους αν βρίσκονται μακριά από τις πηγές του ηλιακού φωτός.
Τι γίνεται, όμως, όταν μεταβαίνουν από τη σκιά στο υπερβολικό φως; Τότε το φυτό προσπαθεί να αμυνθεί, σταματά τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης και μετατρέπει την ενέργεια που λαμβάνει από την υπερβολική για τις ανάγκες του ηλιακή ακτινοβολία σε θερμότητα. Αυτό έχει ως άμεση συνέπεια να παράγει, λόγω της περίσσιας ακτινοβολίας, τις λεγόμενες ελεύθερες ρίζες, που είναι βλαπτικές για το ίδιο το φυτό και βεβαίως την παραγωγή του. Φυσικά αν τα επίπεδα του φωτός επιστρέψουν σε φυσιολογικά για το είδος, τότε το φυτό επιστρέφει στη γνώριμη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, μόνο που η διαδικασία της αποκατάστασης της φωτοσύνθεσης γίνεται σε πολύ αργούς ρυθμούς.
Ο κωδικοποιημένος στο DNA μηχανισμός της φωτοπροστασίας χαρακτηρίζεται από δύο στάδια. Στην πρώτη, της λεγόμενης "γρήγορης απόκρισης", το φυτό ενεργοποιεί άμεσα τα ανακλαστικά του μόλις διαπιστώσει ότι υπάρχει υπερβολική έκθεση σε φως. Αν αυτό συνεχιστεί και δεν επιστρέψει η ακτινοβολία σε φυσιολογικά επίπεδα, το φυτό προχωράει στο δεύτερο στάδιο της "αργής απόκρισης", ώστε να συνεχίσει να επιβιώνει στις αντίξοες για αυτό συνθήκες φωτός, μετατρέποντας την ηλιακή ακτινοβολία σε χημική ενέργεια. Και εδώ έρχεται ο ρόλος της επιστήμης με την προσπάθεια να "επαναπρογραμματίσει" το φυτό, κυρίως στη "γρήγορη απόκριση", ώστε, αντί να αναγκάζεται σε έκλυση θερμότητας, να ακολουθεί άλλα μεταβολικά μονοπάτια που θα μπορούν όχι απλά να το "οχυρώνουν" απέναντι στην απειλή, αλλά να χρησιμοποιούν τον αμυντικό τους μηχανισμό για τη βελτιστοποίηση της ανάπτυξης και της παραγωγής. Οι πρώτες ενδείξεις είναι άλλωστε ελπιδοφόρες, δείχνοντας αύξηση κατά 15-20% του φυλλώματος όταν αρχίσει η επεμβατική διαδικασία. Η έρευνα βρίσκεται, όμως, ακόμα σε βασικό επίπεδο, καθώς ο μηχανισμός δεν έχει κατανοηθεί πλήρως.
ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΦΩΤΟΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ
Μια πολύτιμη έρευνα για το μέλλον της ανθρωπότητας
«Μόνο αν γνωρίζεις 100% πώς δουλεύει η φωτοπροστασία, μπορείς να την "πειράξεις" και να βελτιώσεις τα φυτά ώστε να "δουλεύουν" σωστά σε διάφορες συνθήκες», μας εξηγεί ο κ. Δασκαλάκης. Και αυτό καθίσταται πλέον επιτακτική ανάγκη με δεδομένα τα "σημεία των καιρών". Λόγω των κλιματικών αλλαγών η θερμοκρασία αυξάνεται, όπως και η αλατότητα του νερού, η λειψυδρία τείνει να γίνει ο κανόνας, και η φυτική παραγωγή υφίσταται ήδη τις πρώτες συνέπειες. Άρα η κατανόηση του μηχανισμού της φωτοπροστασίας και ο "επαναπρογραμματισμός" της θα μπορούσαν να σώσουν την ανθρωπότητα από πολλά επερχόμενα δεινά. Και εκεί αναλαμβάνουν δράση ο κ. Βαγγέλης Δασκαλάκης και η ομάδα του εργαστηρίου του, που με τη χρήση υπερυπολογιστών στοχεύουν στις πρωτεΐνες που έχουν αναλάβει να κινούν τα "γρανάζια" του μηχανισμού φωτοπροστασίας των φυτών, επιχειρώντας να δουν σε ατομική κλίμακα τι και πώς συμβαίνει, συγκρίνοντας τα ευρήματά τους με πειραματικά αποτελέσματα ώστε να πετύχουν το μεγάλο στόχο που θα οδηγήσει στη χρησιμοποίηση προς όφελος των φυτών ακόμα και του πλεονάζοντος φωτός, κάνοντας τις καλλιέργειες ακόμα πιο αποδοτικές.
Ρεπορτάζ: Σταύρος Μουντουφάρης
