Το βόρειο ημισφαίριο πλήττεται με σφοδρό κύμα καύσωνα με θερμοκρασίες που σπάνε κάθε ρεκόρ. Η άνοδος της θερμοκρασίας και η κλιματική αλλαγή σε συνδυασμό με το φαινόμενο Ελ Νίνιο έχουν ως αποτέλεσμα εκτεταμένη ζέστη σε πολλές περιοχές του πλανήτη. Στις αδυσώπητες συνθήκες καύσωνα και ξηρασίας όλοι οι οργανισμοί σπεύδουν να δροσιστούν. Η αναζήτηση ενός σκιερού σημείου αναδεικνύεται ζωτικής σημασίας για ανθρώπους και για ζώα. Τι συμβαίνει, όμως, όταν οι οργανισμοί έχουν ρίζες βαθιά μέσα στο έδαφος; Πως επιβιώνουν τα φυτά που, σε αντίθεση με τα υπόλοιπα πλάσματα στη Γη, δεν μπορούν να μετακινηθούν;
Τα φυτά, κατά τη διάρκεια της εξέλιξής τους, ανέπτυξαν πληθώρα προσαρμογών για να επιβιώσουν σε συνθήκες υψηλών θερμοκρασιών. Οι μηχανισμοί αντοχής στις περιόδους αυξημένης ζέστης διαφέρουν ανάλογα με το είδος των φυτών και το οικοσύστημα στο οποίο ζουν και είναι ενδεικτικοί της αξιοσημείωτης ποικιλομορφίας τους. Μια σημαντική πρόκληση για την επιβίωσή τους είναι η ξηρασία που συνήθως συνοδεύει τις περιόδους αυξημένων θερμοκρασιών. Σε πολλές περιπτώσεις η αντοχή στις υψηλές θερμοκρασίες προϋποθέτει μείωση της απώλειας νερού από τα μέρη του φυτού. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια ενός καύσωνα, τα μικροσκοπικά ανοίγματα που υπάρχουν στην επιφάνεια των φύλλων, που ονομάζονται στόματα, τα οποία εξυπηρετούν την ανταλλαγή αερίων, κλείνουν για να ελαχιστοποιηθεί η απώλεια νερού.
Σε ορισμένα φυτά παρατηρούνται μορφολογικές μεταβολές, όπως η μείωση του αριθμού ή του μεγέθους των φύλλων κατά τη διάρκεια θερμών και ξηρών περιόδων. Κάποια άλλα, όπως το Arabidopsis thaliana, το αγαπημένο φυτό- μοντέλο των ερευνητών, προσαρμόζουν το σχήμα των φύλλων και των βλαστών τους έτσι ώστε να είναι πιο ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες. Η αλλαγή της διάταξης των φύλλων είναι μια ακόμα στρατηγική για τη μείωση της προσλαμβάνουσας ηλιακής ακτινοβολίας και θερμότητας. Όταν θερμαίνονται τα φύλλα τους αποκτούν μια κάθετη θέση ως προς το έδαφος έτσι ώστε να περιορίζεται η επιφάνεια που εκτίθεται απευθείας στην ηλιακή ακτινοβολία. Επιπρόσθετα οι μίσχοι των φύλλων τεντώνονται προκειμένου να περνά πιο εύκολα ο αέρας από αυτά. Τα φυτά που υφίστανται θερμική καταπόνηση συχνά αναπτύσσουν εκτεταμένο ριζικό σύστημα και αυξημένη επιφάνεια στις ρίζες τους προκειμένου να απορροφούν περισσότερο νερό από το έδαφος.
Άλλα φυτά, όπως το αγριολούλουδο Baileya multiradiata, έχουν αναπτύξει μια στρατηγική αποφυγής των περιόδων καύσωνα. Το συγκεκριμένο φυτό, που ζει στην έρημο Σονόρα της Βορειας Αμερικής, μπορεί να επιταχύνει τον κύκλο ζωής του, ανθίζοντας και παράγοντας σπόρους πολύ γρήγορα. Μέσα σε σύντομο χρονικό διάστημα εξασφαλίζει την επιβίωση και τη διαιώνιση του είδους του, εκμεταλλευόμενο τις λίγες βροχοπτώσεις πριν ενταθεί η ζέστη και η ξηρασία.
Ο ρόλος των πρωτεϊνών θερμικού σοκ
Οι πρωτεΐνες θερμικού σοκ είναι μια μεγάλη ομάδα πρωτεϊνών που βρίσκεται μέσα στα κύτταρα σε όλους τους οργανισμούς. Αρχίζουν να παράγονται όταν τα κύτταρα υποστούν στρες εξαιτίας επικίνδυνων περιβαλλοντικών συνθηκών, όπως είναι η μεγάλη άνοδος της θερμοκρασίας. Σε φυσιολογικές συνθήκες επιτελούν σημαντικές λειτουργίες στο εσωτερικό των κυττάρων, σταθεροποιώντας ή επιδιορθώνοντας διάφορες πρωτεΐνες. Ανακαλύφθηκαν πρώτη φορά τη δεκαετία του 1970 σε πειράματα έκθεσης της μύγας Drosophila σε υψηλές θερμοκρασίες. Το γεγονός ότι βρίσκονται σε όλους τους οργανισμούς, από τα βακτήρια μέχρι τον άνθρωπο, αναδεικνύει τη μεγάλη σημασία τους για την επιβίωση υπό στρεσογόνες συνθήκες. Οι συγκεκριμένες πρωτεΐνες παράγονται επομένως και στα φυτά και τους επιτρέπουν, όταν οι θερμοκρασίες είναι ιδιαίτερα υψηλές, να διατηρήσουν σταθερές τις συνθήκες στο εσωτερικό των κυττάρων τους. Επίσης προστατεύουν ευαίσθητα πρωτεϊνικά μόρια και τα βοηθούν να διατηρήσουν τη δομικη ακεραιότητα και τη λειτουργικότητά τους.
Τα φυτά όταν αντιμετωπίσουν αυξημένη θερμοκρασία στο περιβάλλον τους, υφίστανται βιοχημικές και μορφολογικές μεταβολές για να προστατευτούν. Εκτός όμως από αυτές τις μεταβολές φαίνεται ότι αναπτύσσουν αντοχή απέναντι σε μελλοντικό θερμικό στρες, ένα φαινόμενο που αποκαλείται “μνήμη θερμικού σοκ”. Προκειμένου να “θυμηθούν” και να ανταποκριθούν πιο αποτελεσματικά σε μελλοντικό θερμικό στρες αναπτύσσουν έναν μοριακό μηχανισμό που περιλαμβάνει την ενεργοποίηση των πρωτεϊνών θερμικού σοκ.
Τα τελευταία χρόνια και με την επιδείνωση της κλιματικής αλλαγής, αρκετές έρευνες εστιάζουν στην αντοχή των φυτών και ιδιαίτερα των καλλιεργούμενων ειδών σε συνθήκες αυξημένης θερμοκρασίας. Παρόλο που διάφορες πρωτεΐνες έχουν εντοπιστεί και συσχετιστεί με τους μηχανισμούς που προσδίδουν ανθεκτικότητα στις υψηλές θερμοκρασίες και με τη μνήμη θερμικού σοκ, πρόκειται για ένα συνεχώς εξελισσόμενο πεδίο έρευνας με πολλά ακόμα ερωτήματα προς αποσαφήνιση.
Μαρία Τσίπη
Πηγές:
- Yamaguchi Ν. et al. H3K27me3 demethylases alter HSP22 and HSP17.6C expression in response to recurring heat in Arabidopsis. Nature Communications, 2021; 12 (1)
