Hałdy, nieodłączny element krajobrazu Górnego Śląska, postrzegane są głównie w kategoriach zagrożenia, mogą bowiem powodować zanieczyszczenie wód powierzchniowych i głębinowych, a nawet powietrza. Dla naukowców są jednak potężnym polem badawczym, swoistym laboratorium, w którym poszukują przyczyn przemian szaty roślinnej pod wpływem antropopresji, są także źródłem wskazówek dotyczących wspomagania procesu rewitalizacji obszarów poprzemysłowych.
W maju 2019 roku zespół pod kierunkiem dr hab. Gabrieli Woźniak, prof. UŚ z Instytutu Biologii, Biotechnologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego zakończył realizację projektu badawczego pt. „System wspomagania rewitalizacji zwałowisk odpadów pogórniczych przy użyciu narzędzi geoinformatycznych” (Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, program Tango), którego podstawowym celem było opracowanie metody umożliwiającej podejmowanie optymalnych decyzji dotyczących rekultywacji i zagospodarowania zwałów. Naukowcy skupili się na rozpoznaniu spontanicznie zachodzących na terenie zwałowisk procesów biologicznych, co pozwoliło na wskazanie sposobów ich wzmocnienia i przyspieszenia. W trakcie czteroletnich badań naukowcy pobrali próbki z kilku śląskich hałd. Zasoby zwałowisk okazały się swoistym rezerwuarem różnorodności gatunkowej. W interdyscyplinarnym zespole pracowali specjaliści z zakresu roślinności terenów miejskich, torfowisk, obszarów poprzemysłowych, fizjologii roślin, mikrobiologii, fizykochemicznej analizy gleby, enzymów glebowych, mikoryz. Do badaczy dołączył mikrobiolog dr Franco Magurno, absolwent Uniwersytetu Turyńskiego.
Mikoryza
Zanim dr Franco Magurno włączył się w prace zespołu Uniwersytetu Śląskiego, kilka lat prowadził badania na Szent István University w Gödöllő na Węgrzech. Jego zainteresowania naukowe koncentrują się wokół zagadnień związanych z mikoryzą, zjawiskiem polegającym na współżyciu korzeni lub nasion roślin naczyniowych z grzybami. Dzięki tej „współpracy” grzyby pomagają zdobyć roślinom m.in. wodę i sole mineralne, niejako w zamian otrzymują natomiast od roślin produkty fotosyntezy, głównie węglowodany. Niemal wszystkie rośliny lądowe na Ziemi (90–95 proc.) wchodzą w mikoryzę z grzybami.
Szczególną uwagę naukowiec skupił na mikoryzie arbuskularnej, czyli zjawisku, kiedy grzybnia w postaci tzw. strzępek wnika do środka komórek korzenia roślin. Charakterystyczne w tym typie mikoryzy są arbuskule wytwarzane jako boczne odgałęzienia strzępek grzyba wewnątrz komórek roślinnych. Mają one drzewkowaty kształt i są ściśle otoczone roślinną błoną komórkową, co znacznie zwiększa powierzchnię stanowiącą strefę wymiany substancji między obydwoma partnerami. Zdaniem dr. F. Magurno mikoryza arbuskularna jest najbardziej pierwotnym typem symbiozy mikoryzowej, która powstaje między grzybami a roślinami, prawdopodobnie to dzięki niej rośliny „wyszły” na ląd.
– Bez grzybów rośliny nie mogłyby skolonizować lądu. Okazuje się, że sporą część genomu roślin stanowią geny odpowiedzialne za syntezę białek, które odpowiadają za zwabienie grzybów w pobliże korzeni roślin. Z punktu widzenia roślin mikoryzy są bardzo ważne, pomagają im przetrwać w trudnych warunkach, np. podczas suszy czy braku mikroelementów – wyjaśnia mikrobiolog.
Grzyby arbuskularne mają także zdolność zapobiegania infekcjom ze strony grzybów patogenicznych, broniąc rośliny przed wieloma groźnymi chorobami. Nic więc dziwnego, że zalety mikoryzy dostrzega szczególnie sektor rolniczy, co dla naukowców jest dużym wyzwaniem do poszukiwań takich szczepów, które, wspomagając rośliny, najskuteczniej będą stymulowały ich rozwój i chroniły je przed różnego rodzaju patogenami.
Coraz bardziej odczuwalne zmiany klimatyczne wymuszają także poszukiwania skutecznych metod walki z ich skutkami. Z brakiem właściwego nawodnienia boryka się już duża część świata. Długotrwałe susze negatywnie oddziałują na rozwój roślin i stają się powodem wielu groźnych dla nich chorób. Wszystkim kontynentom zaczyna zagrażać proces pustynnienia, jest on efektem m.in. intensywnego stosowania nawozów i pestycydów, a także melioracji, które w sumie prowadzą do degradacji gleby. Próbki pobrane z hałd zawierają bardzo bogaty materiał badawczy. Rośliny żyjące na zwałowiskach odpadów pogórniczych zmagają się z podobnymi problemami, co rośliny występujące na obszarach pustynniejących. Muszą przeżyć w warunkach stresu związanego z niedoborem wody, mikroelementów i substancji pokarmowych. Zgromadzone informacje na temat relacji roślinności, jej bogactwa, różnorodności, biomasy i podłoża na hałdach węglowych mogą być wykorzystane w odniesieniu do równie trudnych terenów. Szczególnie grzyby, które występują na hałdach, mogą być zastosowane na dużą skalę w rolnictwie. Dlatego, jak wyjaśnia dr Franco Magurno, pojawił się pomysł, aby wyizolować je ze zwałowisk pogórniczych, a następnie ich szczepy stosować na innych terenach.
Rhizoglomus silesianum
Do atlasu grzybów arbuskularnych dołączył Rhizoglomus silesianum. Dr Franco Magurno wyizolował go z materiałów pozyskanych na hałdzie kopalni Makoszowy (przy węźle Sośnica). Ta duża hałda, częściowo niezrekultywowana, jest dla badaczy szczególnie cenna, ponieważ zachodzi w niej proces spontanicznej sukcesji. Część zwałowiska została pozostawiona bez wsparcia człowieka po to, aby sukcesja następowała w niej samoistnie. I to właśnie tam, w środowisku, gdzie jest duże zasolenie i mała ilość wody, czyli w warunkach, jakie panują w stresie suszy, pojawił się Rhizoglomus silesianum. Może okazać się, że za jakiś czas gdzieś na drugim końcu świata wyizoluje go jakiś inny naukowiec, ale Rhizoglomus silesianum wszedł już na stałe do literatury specjalistycznej (artykuł napisany wspólnie z prof. Januszem Błaszkowskim z Katedry Patologii Roślin Akademii Rolniczej w Szczecinie ukazał się w czasopiśmie „Mycologia”).
Zalety Rhizoglomusa silesianum poszły już „w świat”. Istnieje szansa (rozmowy są w fazie negocjacji), że na drugiej półkuli zastąpi on nawozy sztuczne i pestycydy. „Produkcja” od zaszczepienia siewek roślin grzybem do jego namnożenia trwa ok. 3 miesięcy. W glebie rozmnaża się już sam.
Redukcja dwutlenku węgla
Dr Franco Magurno kontynuuje swoje pasje naukowe w kolejnym projekcie badawczym. Jest członkiem zespołu, którym kieruje specjalistka w zakresie mikrobiologii środowiska prof. dr hab. Zofia Piotrowska-Seget z Instytutu Biologii, Biotechnologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego. Projekt pt. „Ocena zależności pomiędzy funkcjonalną różnorodnością roślin, strukturą zespołów mikroorganizmów i bilans węgla w czasie spontanicznej sukcesji na terenach poprzemysłowych z wykorzystaniem analiz metatranskryptomicznych” (Narodowe Centrum Badań i Rozwoju, program Opus) wpisuje się w ogólnoświatową walkę z nadmiarem dwutlenku węgla w atmosferze. Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego prowadzą badania różnych zbiorowisk roślinnych śląskich hałd węglowych i zespołów mikroorganizmów glebowych z nimi związanych. Celem projektu jest zebranie informacji o mechanizmach wpływających na gromadzenie węgla w glebie.
Nawołując do redukcji dwutlenku węgla w atmosferze, zwykle ograniczamy się do konieczności likwidacji elektrowni węglowych, domowych „kopciuchów”, silników spalinowych itp. Naukowcy przypominają jednak, że aż 2/3 puli węgla na lądzie zdeponowane jest w glebie, należy więc podjąć wszelkie działania, aby zmniejszać koncentrację węgla w atmosferze, wprowadzając go do gleby i wiążąc w niej. To zadanie dla roślin i mikroorganizmów. Rośliny dostarczają węgla w postaci swojej biomasy, a mikroorganizmy, rozkładając szczątki roślin, przenoszą węgiel do gleby. Badanie składu, f u n k c j o n o w a n i a i aktywności zespołów mikroorganizmów glebowych zaplanowano w oparciu o analizę metatranskrytomiczną. Jest to zaawansowana technika molekularna polegająca na izolacji całkowitego RNA z gleby i jego sekwencjonowaniu. W przeciwieństwie do DNA, RNA jest obecne tylko w żywych komórkach mikroorganizmów, a zatem poza ich bioróżnorodnością sekwencjonowanie RNA pozwoli na rozpoznanie grup mikroorganizmów, które są najważniejszymi, aktywnymi „graczami” związanymi z dominującymi gatunkami roślin i wyższą zawartością węgla w glebie. Wyniki badań dostarczą informacji pozwalających wprowadzić skuteczną strategię odnowy zwałowisk pogórniczych, które jednocześnie będą spełniały funkcję gąbek wchłaniających węgiel.
– Dlatego tak ważne jest dla nas poszukiwanie szczepów w ciekawych dla badaczy środowiskach. Wyizolowanie ich i wprowadzenie do użytku nie tylko wspomaga rekultywację, ale pomaga także usuwać zanieczyszczenia – przekonuje dr F. Magurno.
Maria Sztuka
Artykuł pt. „Grzyby zamiast pestycydów” został opublikowany na łamach „Gazety Uniwersyteckiej UŚ” 2019, nr 3 (273).
