Metalofite – biljni lek za metale u zemljištu 

Šta su teški metali?

Teški metali se odlikuju velikom gustinom, nemogućnosti prirodne razgradnje i toksičnosti ako se nađu u prekomernim koncentracijama. Voda, vazduh i zemljište sadrže određenu količinu teških metala koji se tu nalaze prirodno i ne ometaju normalne biološke procese. Problem nastaje kada se teški metali nađu u tolikoj količini da priroda ne može da ih iskoristi niti da ih se „reši”, zbog čega počne da se „guši” u njima. 

Ovaj članak će se fokusirati na prisustvo teških metala u zemljištu i osobine koje su neke biljke razvile u borbi protiv ovog problema.

Zemljište kontaminirano teškim metalima

Izvor slike: https://media-rd.s3.amazonaws.com

Kako otpadni materijali rudnika dospevaju u našu ishranu?

Najzastupljeniji i najtoksičniji teški metali zemljišta su arsen, kadmijum, živa, olovo, hrom, nikl, cink i bakar. Zanimljivo je to što se svi ovi metali prirodno nalaze u velikom broju namirnica i što su neki od njih u manjim količinama značajni pri razvoju biljaka i životinja. Arsen se pronalazi u pirinču, olovo u korenskom voću i začinima, kadmijum u lisnatom povrću, živa u ribi i morskim plodovima, nikl u čokoladi i orašastim plodovima, hrom u brokoliju i krompiru itd. Neki od ovih metala su neophodni za određene funkcije organizama, ali u jako malim količinama.

Toksičan efekat imaju kada se nađu u prekomernim količinama, a sama granica je drugačija za svaki metal i organizam. Oni nisu biodegradabilni, odnosno u prirodi se neće sami raspasti čak ni nakon 100 godina. Prirodni izvori teških metala, kao što su poplave, erozije i vulkanska aktivnost, doprinose zagađenju zemljišta, ali drastično veću štetu predstavlja ljudski faktor. Najznačajniji izvori zagađenja zemljišta usled ljudskog delovanja su rudnici, divlje kanalizacije, đubriva, jalovišta, deponije itd.

Posledice po organizme, ukoliko se teški metali nađu u prevelikoj količini, zavise od organizma i samog metala. Hrom, nikl, arsen i kadmijum su klasifikovani kao karcinogeni metali i među najtoksičnijim su po čoveka. Istraživanja su pokazala da je povećano prisustvo teških metala povezano sa razvojem demencije, depresije, astme, infertilnosti, respiratornih poteškoća, kamenja u bubrezima, alergije i brojnih drugih simptoma i poremećaja. Prosečan čovek se neće često susretati sa direktnim izvorima ovih metala, ali će ih unositi putem hrane ukoliko je zemljište zagađeno ili će zemlja biti toliko zagađena da hrana neće ni moći da se tu uzgaja.

Uticaj teških metala na naše zdravlje

Izvor slike: https://www.researchgate.net/publication/

Šta su metalofite?

Metalofite su biljke koje su se prilagodile prekomernoj količini metala u zemljištu i uspevaju da ih tolerišu ili čak i aktivno uklanjaju, pri čemu obavljaju proces zvan fitoremedijacija zemljišta. Fitoremedijacija se može definisati kao proces uklanjanja toksičnih materija iz zemljišta korišćenjem biljaka. Ove biljke predstavljaju odličan primer prilagođavanja na poteškoće preživljavanja na planeti sa ljudima koji, zbog sve veće potrebe za energijom i materijalima, svesno i nesvesno uništavaju planetu i život na njoj. 

Efikasnost metalofita zavisi od vrste metala prisutnog u zemljištu jer se različite metalofite različito ponašaju u prisustvo različitih metala. Neki primeri efikasnosti metalofita u odnosu na teške metale koje usvajaju su:

– Arabidopsis halleri → kadmijum

– Thlaspi caerulescens → kadmijum i cink

– Berkheya coddii → nikl

– Populus deltoides → živa i cink

– Brassica juncea → olovo i kadmijum

– Eichhornia crassipes → bakar i gvožđe

Primer uspešne fitoremedijacije zemljišta

Izvor  slike: https://www.researchgate.net/publication/

Dve glavne strategije metalofita su: 

– Neusvajanje metala iz zemljišta 

– Hiperakumulacija (sposobnost da usvoje drastično veće količine metala u odnosu na druge biljke i ne osete posledice njihove toksičnosti). 

Hiperakumulatori su rezultat hiljada i hiljada godina prilagođavanja na zagađenja zemljišta. Privukli su veliku pažnju zbog svoje sposobnosti da usvoje teške metale i akumuliraju ih u listovima ili stablu koje se zatim može odseći i tako ukloniti teški metali iz zemljišta na skroz prirodan i regenerativan način. Koren je zapravo najbitniji organ metalofita za usvajanje metala. Koren obavlja svoju funkciju na tri načina:

– Odlučuje šta i koliko će biti usvojeno,

– Menja hemiju zemljišta pri čemu se metali usvajaju u znatno manjoj količini ili u manje toksičnoj formi,

– Simbioza sa mikroorganizmima.

Apsorpcija teških metala i njihov prenos kroz lanac ishrane

Izvor slike: https://2024.igem.wiki/umass-amherst

Svojim prisustvom ove biljke sprečavaju ulazak teških metala u lanac ishrane i takođe sprečavaju migraciju samih metala što minimalizuje njihovu toksičnost. Glavni problem u primeni metalofita je to što one nisu brojne i ne mogu svuda da rastu, zbog čega je potrebno detaljnije istražiti njihovu genetiku i uložiti u proučavanje genetičke modifikacije široko rasprostranjenih biljaka.

Poteškoće primene metalofita su brojne, ali njihova korist je izuzetno obećavajuća i vredna investicija. 

Literatura:

• Michael, A. (2023). Heavy Metals in Soil: A Review. Chemical Engineering and Process Techniques, 8(1), 1–4. https://doi.org/10.47739/2333-6633/1076
• Alford, É. R., Pilon-Smits, E. A. H., & Paschke, M. W. (2010). Metallophytes—a view from the rhizosphere. Plant and Soil, 337(1-2), 33–50. https://doi.org/10.1007/s11104-010-0482-3
• Zhang, Q., & Wang, C. (2020). Natural and Human Factors Affect the Distribution of Soil Heavy Metal Pollution: a Review. Water, Air, & Soil Pollution, 231(7). https://doi.org/10.1007/s11270-020-04728-2
• ‌Whiting, S. N., Reeves, R. D., Richards, D., Johnson, M. S., Cooke, J. A., Malaisse, F., Paton, A., Smith, J. A. C., Angle, J. S., Chaney, R. L., Ginocchio, R., Jaffre, T., Johns, R., McIntyre, T., Purvis, O. W., Salt, D. E., Schat, H., Zhao, F. J., & Baker, A. J. M. (2004). Research Priorities for Conservation of Metallophyte Biodiversity and their Potential for Restoration and Site Remediation. Restoration Ecology, 12(1), 106–116. https://doi.org/10.1111/j.1061-2971.2004.00367.x
• ‌Briffa, J., Sinagra, E., & Blundell, R. (2020). Heavy Metal Pollution in the Environment and Their Toxicological Effects on Humans. Heliyon, 6(9). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04691
• Skuza, L., Szućko-Kociuba, I., Filip, E., & Bożek, I. (2022). Natural Molecular Mechanisms of Plant Hyperaccumulation and Hypertolerance towards Heavy Metals. International Journal of Molecular Sciences, 23(16), 9335. https://doi.org/10.3390/ijms2316933