Proces fotosyntezy „uśpionych” roślin został zahamowany

W ramach eksperymentów zrealizowanych ze studentami programu Erasmusa (kurs pt. Plantish) profesor Hazem M. Kalaji z Instytutu Biologii Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego (SGGW) wraz z jego zespołem po raz pierwszy na świecie wykazali, że proces fotosyntezy został zahamowany podczas znieczulenia roślin.

Anestezja w celach medycznych została wprowadzona w XIX wieku. Jednakże fizjologiczny sposób działania leków znieczulających pozostaje niejasny. Jednym z pozostających pytań jest, czy znieczulenia wpływają na te same lub podobne procesy u roślin, co u zwierząt i ludzi?

W ostatnich latach badania prof. F. Baluška z Uniwersytetu w Bonn (Niemcy) odwodniły, że rośliny są wrażliwe na kilka znieczulających środków, które nie mają podobieństw strukturalnych. Podobnie jak u zwierząt i ludzi, znieczulenia stosowane w odpowiednich stężeniach blokują potencjały czynnościowe.

Przeprowadzone wstępne badania prof. Kalaji stwierdziły, że po 2 godzinach oddziaływania znieczulający środek eter dietylowy istotnie obniżył wydajność fotosyntetyczną obu badanych gatunków roślin. Parametr Yield – wydajność kwantowa fotosystemu II (Φ_PSII) u dzbanecznika brzusznego (Nepenthes x ventrata) był istotnie obniżony, niezależnie od tego czy pomiary były wykonane na organach pułapkowych, czy na ogonkach liściowych. Wartość tego parametru była niższa u rośliny traktowanej eterem w porównaniu do rośliny niepoddanej jego oddziaływaniu odpowiednio o 51 (organ pułapkowy) i 23% (ogonek liściowy). Jeszcze większa różnica została stwierdzona u muchołówki (Dionaea muscipula), wyniosła ona 57% (rysunek 1).

O negatywnym wpływie eteru dietylowego na funkcjonowanie aparatu fotosyntetycznego świadczą także zmiany w wartości maksymalnej wydajności kwantowej fotosystemu II (Fv/Fm). Po 2 godzinach oddziaływania eterem wartość tego parametru była niższa u roślin dzbanecznika brzusznego traktowanych tym związkiem chemicznym w porównaniu do roślin niepoddanych jego oddziaływaniu odpowiednio o 34 i 27%. U roślin muchołówki różnice te wyniosły 65% (rysunek 2).

Rysunek 1. Wydajności kwantowa fotosystemu II (Φ_PSII) roślin traktowanych znieczulającym środkiem eter dietylowy. Zielona kolumna referuje do nietraktowanych (kontrola), a czerwona do traktowanych eterem roślin

Rysunek 2. Maksymalna wydajność kwantowa fotosystemu II (Fv/Fm) roślin traktowanych znieczulającym środkiem eter dietylowy. Zielona kolumna referuje do nietraktowanych (kontrola), a czerwona do traktowanych eterem roślin

Wstępne badania przeprowadzone przez profesora Kalaji i jego zespół potwierdziły, że rośliny poddane działaniu środków znieczulających, które wywołują utratę ich świadomości, mogą stanowić idealne modele do badania ogólnych kwestii związanych z znieczuleniem, a także mogą pełnić rolę odpowiedniego systemu testowego dla człowieka.

Wydaje się, że obniżenie efektywności fotosyntezy roślin było wynikiem hamowania akumulacji chlorofilu (jak sugerują wcześniejsze badania profesora F. Baluški). Profesor Kalaji i jego zespół planują kontynuować badania w celu wyjaśnienia mechanizmu oddziaływania środków znieczulających na proces fotosyntezy i inne z nią związane procesy fizjologiczne.