Lúdfű – egy hasznos gyomnövény

A közönséges lúdfű (Arabidopsis thaliana) a rövid élettartama, a gyors generációváltás és az alacsony kromoszómaszáma miatt is genetikai modellorganizmus: olyan fajokat sorolnak ide, amelyekről úgy sejtik, a faj kapcsán felismert biológiai jelenségek vizsgálata segíthet megérteni más szervezetek életfolyamatait is. Mutációs folyamatok, morfogenezis, genetika és a heterózishatás kérdéseinek tanulmányozására is használják. 2000-ben – első növényként a világon – közzétették teljes genetikai állományát, genomját a Nature tudományos hetilapban.

E növény vizsgálatainak eredményei segítettek például a búzát sújtó számos betegség elleni védekezésben. A biodízelgyártás és a kozmetikai ipar által is használt, és emberi fogyasztásra is alkalmas repceolaj hozama növeléséhez is hozzájárult a közönséges lúdfű kutatása. Genetikailag módosított változata segítségével talán még az emberi ostobaság következtében földben rejtőző sok millió taposóakna felkutatásában is az emberiség javára lehet: egy dániai kutatás során úgy változtattak a genetikáján, hogy levelei kb. 3–5 hét után vörössé válnak abban az esetben, ha érintkezésbe kerülnek robbanóanyagokra utaló nitrogéndioxiddal (ez talajbaktériumok ténykedése által keletkezik, miközben lebontják a taposóaknákból kiváló nitrogénben gazdag vegyi anyagokat), laboratóriumi körülmények között legalábbis működött. Miként működne a módszer a valóságban? Első körben a sejthetően aknákkal teli területekre – aknamentesített folyosókról vagy a levegőből – elszórnák e genetikailag módosított gyomnövény magjait. Ezután csak várni kell pár hetet, amíg a majdani levelei megpirosodnak, és e jelzések nyomán könnyebben megtalálnák a taposóaknákat.

Az elmúlt évtizedekben született, lúdfűvel foglalkozó tudományos tanulmányok száma meghaladta az 54 000-et, és számuk folyvást növekszik. 2020 márciusában jelent meg a legújabb (Plant Physiology folyóirat). Először is rámutatnak egy már ismert részletre: számos fiziológiai és fejlődési tulajdonság határozza meg, hogy általában a növények mennyire hatékonyan használják fel a vizet. Azt akarták kideríteni, milyen hatással van a közönséges lúdfű napi biológiai órája, cirkadián ritmusa a hosszú távú vízhasznosítási hatékonyságára világos és sötét körülmények között. (A nagyjából egynapos szakaszokból összeálló cirkadián ritmus emberek vonatkozásában is ismert, ez a sejtszintű óramű befolyásolja az alvás és ébrenlét váltakozását is.) Az angliai John Innes Központ „Gének a környezetben” kutatási programjának vezetője, a tanulmány első számú szerzője, Dr. Antony Dodd azt mondja: „Úgy véltük, a cirkadián ritmus nagy hatással lehet a növények által felhasznált vízmennyiségre. És kísérleteink azt mutatják, ez valóban így van.” Olyan laboratóriumi növényekkel végezték a kísérleteket, amelyeknél a cirkadián ritmust kódoló géneket módosították. Néhány változás miatt a növények több vizet fogyasztottak ahhoz képest, ami a növekedésükhöz szükséges lenne. Ugyanakkor a napi biológiai órát érintő változások közül néhány olyan hatással volt, amelyek következtében a növények úgy voltak képesek erősen és egészségesen növekedni, hogy közben kevesebb vizet éltek fel. A napi ritmusokat az ún. cirkadián oszcillátor eredményezi, amely hozzájárul a növények élettanának számos aspektusa szabályozásához: fotoszintézis sebessége, szénhidrát-anyagcsere, fejlődési folyamatok, mint például a virágzás megindítása. A víz is napi ritmus szerint szállítódik, a levelek felületén lévő gázcserenyílások (sztómák) is általában csak nappal nyílnak meg. Új ismereteik alapján a kutatók igazolva látják, a napi biológiai óra és az alapját képező cirkadián oszcillátor hozzájárul más mellett a párologtatás szabályozásához, így jelentős szerepet játszik a vízfogyasztás terén, lehetővé teszi a növények számára, hogy az értékes és szükséges vizet hatékonyabban legyenek képesek felhasználni.

Képtelenség elfeledkezni arról az emberek százmillióit érintő körülményről, hogy a Földön mind több helyen okoz súlyos gondokat a vízhiány, az egyre kevesebb hozzáférhető édesvíz. Márpedig az ivóvíz elengedhetetlen az életben maradáshoz. Másrészt az emberiség által felhasznált édesvíz nagyjából 80%-át a mezőgazdaság öntözi el, a föld művelése meg ugye az emberek élelmezésének alapja. Éppen ezért könnyű belátni, sokat segíthetne, ha még alaposabban megértenénk a növények napi biológiai órája szabályozásának mikéntjét, és a növényekben zajló, vízhez kapcsolódó folyamatokat, mert úgy a jövőben talán sikerülhet olyan növényeket kinemesíteni, amelyek kevesebb vizet igényelve is a szokásos ütemben és mértékben képesek növekedni, termést hozni. Ráadásul így fenntarthatóbb módon lehetne előteremteni a növényi élelmiszer-alapanyagokat. Mondhatjuk, jövőnk biztosítása a kevesebb vizet is hatékonyan felhasználó növények függvénye. És ezekhez a lúdfű kutatásán keresztül vezethet az út.

Egy 2008-as, a Cell folyóiratban közölt tanulmányban rámutattak, a lúdfű várhatóan nemsokára egyetemes elismerést fog élvezni az emberi egészséggel kapcsolatos kutatások terén. Tudvalevő, az emberekben vannak olyan gének, amelyek ha valamiképpen hibásan működnek, akkor betegségeket okoznak, mármost némelyik ilyen gén megvan a közönséges lúdfűben is (ortológ: ha egy-egy gén két különböző fajban is megtalálható, és származásuk közös ősgénre vezethető vissza, amely a két faj közös ősében volt jelen, és mindemellett mindkét mai fajban ugyanazt a célt szolgálják). Ennek ismeretében érthető, ma már az emberi egészségre vonatkozó kutatásokhoz is használják a lúdfüvet.