Parlayan bitkiler. Işıltılı çiçekler satan iş. Ve sonsuza kadar mutlu yaşayacak

Parlayan bitki mi? Hayır görmedik

- Bitkimi alabilecek miyim? Yıllar çoktan geçti. Sadece merak ediyorum.

- 40 dolarımı nasıl geri alabilirim?

- Bu konudan çoktan vazgeçtim ve sadece para kaybettiğime inanıyorum.

Bu tür yorumlar Parlayan bitki projesinin Facebook sayfasında bolca bulunabilir. 2013 yılında bir grup bilim insanı, ışık saçan bitkiler yaratmak için para toplamak amacıyla bir kampanya başlattı. Projenin yazarlarının fikri günümüzde oldukça basit geliyor: Bakterilerin parlamasına izin veren genleri alın, onları tek bir parça halinde birleştirin, istenen diziyi köksapın genomuna yerleştirin ve parlak bir bitki elde edin. İlk başta her şey yolunda gitti - proje neredeyse yarım milyon dolar topladı. Ancak aboneleri hiçbir zaman parlak bitki görmedi ve yazarlar paçuli gibi kokan yosun yaratmaya yöneldiler.

Bitkiler, balıklar ve bakteriler

Son yıllarda bilim insanları, DNA'larına yerleştirilmiş floresan protein genleri sayesinde parlayabilen kediler, tavşanlar ve hatta koyunlar yarattılar. Ev akvaryumları için satılan GloFish süs balıkları bile var.

“GloFish, floresan proteinler sayesinde parıldayan balıklardır. Doğada, bu tür proteinler birçok denizanasında, bazı kabuklularda ve hatta uzak akrabalarımız olan en ilkel kordatlarda - neşterlerde bulunur. Bu proteinler, genetik mühendisliği yöntemleri kullanılarak diğer birçok organizmaya yapay olarak tanıtılıyor: başarılı bir şekilde satılan GloFish'e, farelere ve ayrıca birçok bitkiye" dedi Yampolsky.

Floresan proteinler moleküler biyolojide de yaygın olarak kullanılmaktadır çünkü belirli bir proteinle birlikte üretilecek ve o proteinin vücutta ne zaman ve tam olarak nerede üretilmeye başladığını görmemizi sağlayacak bir etiket olarak kullanılabilirler.

“Neden balıklar satılıyor da biz satılık bitki göremiyoruz? Cevap floresansın doğasında yatıyor: Floresan proteinler yalnızca ışıkla ışınlanmaya tepki olarak parlıyor. Birçok süreçte olduğu gibi enerjinin bir kısmı kaybolur ve çıktı farklı dalga boyunda, yani farklı renkte ışık olur. GloFish her zaman parlamaz, yalnızca üzerlerine ultraviyole ışık tutulduğunda parlar ve diskodaki moda tutkunları gibi görünürler," diye açıkladı bilim adamı.

Göründüğünden daha zor

Parlayan Bitki projesinin fikri, bitkinin kendi kendine parlaması gerektiğidir ve bu, başka bir mekanizma olan biyolüminesans gerektirir.

Biyolüminesans, canlı organizmaların parıltısıdır ve çoğu denizde olmak üzere binlerce farklı tür arasında meydana gelir. "Biyolüminesansı kullanmak için onun nasıl çalıştığını bilmeniz gerekir, ancak birçok organizma için bu soru hala cevapsızdır. Işımanın doğası her zaman kimyasal bir reaksiyona dayanır, ancak kimyasal yapı katılımcıları - bireysel özellik her organizma. Yaptığımız şey bu. Yampolsky, "Asıl görevimiz, ışık saçan moleküller lusiferin ve lusiferazın nasıl yapılandırıldığını ve kimyasal reaksiyonun nasıl oluştuğunu bulmaktır" dedi.

Bir bitkinin veya başka bir organizmanın biyolüminesans mekanizması yoluyla parıldamasını sağlamak, bir floresan protein genini DNA'ya yerleştirmekten çok daha karmaşık bir iştir. Nispeten basit versiyon 1986'da uygulamaya konulan bu yöntemde, ateş böceği lusiferaz geni tütünün DNA'sına yerleştirildi ve bitki, lusiferin içeren bir çözelti ile sulandı. Ortaya çıkan tütün, 24 saatte çekilen bir fotoğrafta görülebileceği gibi gerçekten parlıyordu.

« İdeal seçenek Henüz kimsenin başaramadığı, lusiferin biyosentezinin tüm yolunun şifresini çözmeyi içeriyor; bu, aşağıdakileri içeren çok adımlı bir süreç olabilir: büyük sayı proteinler. Daha sonra tüm bu proteinleri ve lusiferazı kodlayan genler, başka bir organizmanın genomuna yerleştirilir. Şu anda yalnızca bakteriyel lusiferinin biyosentezi deşifre edilebildi ancak bu sistemin bitki ve hayvanlara adapte edilmesi zor. Ve böyle bir yaklaşımın uygulanması bana pek olası görünmüyor” diye belirtti araştırmacı.

"Çeşitli tahminlere göre 40'a yakın farklı lusiferin ve biyolüminesans mekanizması var. Yakın zamana kadar lusiferinin yalnızca yedi yapısı biliniyordu. Ancak araştırma ekibimizin son üç yılda yaptığı çalışmalar sayesinde üç yeni yapı daha kuruldu: lusiferin türleri Fridericia heliota yanı sıra yüksek mantarların lusiferin ve lusiferazı. Bu moleküllerin nasıl yapılandırıldığını bilmekle kalmıyoruz, onları nasıl sentezleyeceğimizi de biliyoruz, kimyasal parlama reaksiyonlarının tam olarak nasıl gerçekleştiğini anlıyoruz, onları bir test tüpünde nasıl çalıştıracağımızı ve hatta şu ana kadar sınırlı da olsa rengi kontrol etmeyi biliyoruz. Çok zincirli bir solucanın lusiferinin yapısı yolda ve araştırmanın daha erken bir aşamasında birkaç nesne daha var: yumuşakçalar, poliketler, köpek balıkları ve diğerleri" dedi araştırmacı.

Biyolüminesansın kullanım olanakları çeşitlidir. Endüstride - için hızlı çözünürlüklü bilimde bakteriyel kontaminasyon - çeşitli süreçleri incelemek, örneğin yaratılış sırasında ilaçlar. Bugün biyolüminesans teknolojilerinin cirosunun yılda milyarlarca dolar olduğu tahmin ediliyor.

“Biyolüminesanslı bir bitki yaratma görevi, bilimsel açıdan en iddialı ve ilginç görevlerden biridir. Ancak henüz son aşamaya gelmedik ve henüz övünmeyeceğiz. Yine de bu yönde çalışıyoruz ve belki bir gün dünyaya bağımsız olarak ışık saçan bir bitki verebileceğiz" dedi bilim adamı.

Ilya Yampolsky, Nadezhda Markina ve Zinaida Osipova'nın meslektaşları materyalin hazırlanmasına yardımcı oldu.

"Avatar" filminin tüm hayranları muhtemelen Pandora ormanının muhteşem ışıklı bitkilerini fark etmişlerdir. Ancak artık bu bir bilim kurgu değil; yakın zamanda bilim insanları geceleri parlak bir şekilde parlayabilen bitkileri icat etti.

İlk prototipler

Bu tür ilk örnekler 1986 yılında Stephen Howell'in ekibi tarafından elde edildi. Sıradan havuç ve tütünün genetiği değiştirilerek, bir lusiferaz (bitkilerin lüminesanstan sorumlu bölgesi) içermeye başladılar, ancak bitkilerde lusiferin (parlayan pigment) yoktu. Bütün zorluk, lusiferaz elde etmek için DNA'ya tek bir genin eklenmesi gerektiği, ancak lusiferin elde etmek için bir dizi genin gerekli olması gerçeğinde yatıyordu. Sonuç olarak, bu şekilde yaratılan bitkiler, lucefirin ile tedaviyi veya onu toprağa eklemeyi gerektiriyordu. Bu aynı zamanda tütünün köklerinin ve gövdelerinin çok daha parlak parladığı ve içinden ışık veren enzimin geçtiği bu tür bitkilerin fotoğraflarından da görülebilir.

Kendi kendine parlayabilen ilk bitki ancak 2010 yılında yaratıldı. İsrailli ve ABD'li bilim insanları, bitkileri kendi başlarına lucefirin üretmeye zorlamanın bir yolunu buldular. Bunu yapmak için Photobacterium leiognathi bakterisinden bir gen eklediler. Ayrıca bakteriden elde edilen gen, polenle salınmaması için kloroplast genine yerleştirildi.

Ancak bu tür bitkiler çok az parlıyordu; etkiyi görmek için uzun bir enstantane hızıyla fotoğraf çekmek gerekiyordu. Bu durum genlerin yabancı cisimde kök salamamasıyla ilişkilendirildi. Ancak ışıklı bitkiler üretme yönteminin yaratıcısı, onlar için bir patent tescil ettirdi. Sonuçta, çalışmaya devam etmek ve bir dizi deney yapmak için bu oldukça yeterliydi.

İleri adım atın

Araştırmacılara, lusiferazları herhangi bir gene bağlama ve bunların nasıl çalışmaya başladığını ve buna göre parıldamaya başladığını görme fırsatı verilirse beslenmelerine bile gerek yok. Bu yaklaşım boya olarak işe yaramaz, saf doğal ışık verir. Başlangıçta, parlak bitkiler tekniğinin şık bir şey için kullanılması planlanmamıştı. Sadece bir grup Cambridge öğrencisi böyle bir fikir ortaya attı. 2010 yılında dokuz cesur ruh, gerçekten parlayacak süs bitkileri yaratmak için yola çıktı.

Gençler, ateş böceği Luciola cruciata'nın genlerini temel alarak, lusiferinin sentezi için bir enzimi, indirgenmesi için enzime dahil ettiler (önceki tüm gelişmelerin zorluklarının üstesinden geldiler). Bir dizi başka iyileştirme de yaptık. Sonuç olarak, okumak için bile yeterli ışık sağlayan, bakteri içeren bir şişe oluşturuldu.

Parlıyor!

Yeşil ateşböceklerinin kitlesel olarak ortaya çıkışı Omri Amirav-Drori, girişimci Anthony Evans ve genetikçi Kyle Taylor arasındaki bir toplantıyla mümkün oldu. San Francisco'da başlattıkları plan, genetik mühendisliğinin olanaklarının bir göstergesiydi.

Uzmanlar testleri için şunları seçti: favori bitki Thal'ın köksapı (Arabidopsis thaliana). Genetik potansiyelini neredeyse tamamen keşfetmiş yabani bir lahanaydı bu. Hatta bu tesis bir Sovyet istasyonu tarafından uzaya fırlatıldı ve NASSA bunu ayı yeşillendirmek için kullanmayı planlıyor. Bilim adamlarının bir sonraki adımı ışıltılı bir gül yaratmak olacak.

Devletten destek beklenmediğinden, bir grup uzman Kickstarter web sitesinde yaklaşık 60.000 dolar gerektiren bir proje yarattı, ancak fikrin popülaritesi sayesinde adamlar 400.000 dolardan fazla para toplamayı başardılar. Bilim adamları, projenin geliştirilmesine maddi olarak yardımcı olan herkese büyüyecek ve parlamaya başlayacak bitki tohumlarını gönderme sözü verdiler.

Yeşillerin şüpheleri

Peki ya korumacılar? Başlangıçta bu tür çalışmalara iyi tepki verdiler. Sonuçta cadde boyunca çok sayıda ışık saçan ağaç dikerseniz, çok fazla elektrik tasarrufu sağlayabilir ve çevre kirliliğini azaltabilirsiniz. Sadece bu da değil, bu tür bitkiler herhangi bir iç mekan veya peyzaj tasarımına inanılmaz derecede güzel eklemeler olabilir. Ancak sıra idmana geldiğinde Yeşiller alarma geçti.

Bazı uzmanlara göre, ışık saçan bitkilerin büyük miktarda yayılması, kontrolsüz bir şekilde çevreye salınmasına yol açabilir. etrafımızdaki dünya GDO unsurları. Projeye yardım eden herkes ateşböceği yetiştirebildi ve bunun üzerinde herhangi bir kontrolden bahsetmeye gerek yoktu. Üstelik Amerikan hükümeti bu tür bitkileri yiyecek olarak tüketilmediği için kontrol edemiyordu.

Amacımız St. Petersburg'daki kendi FabLab'ımız!
Haberleri takip edin!

Parlayan bitkiler

Bitkilerin karanlıkta parlaması oldukça sıra dışı bir olgudur ve pek çok kişi tarafından bilinmemektedir. Ancak yazın sonunda, ılık bir yağmurun ardından, geceleri kendinizi seyrek, karışık bir ormanda veya bal mantarlarının defalarca toplandığı eski çam, ladin, huş ağacı, titrek kavak veya kızılağaç kütüklerinin bulunduğu bir açıklıkta bulursanız, Bu muhteşem resme kendi gözlerinizle hayran kalabilirsiniz. Daha yakından bakın - ve bir yaz gecesinin karanlığında fısıldayan ağaçların karanlık silüetleri arasındaki gizemli sessizlikte, fosforlu ışıkla parlayan büyülü "ışıklar" göreceksiniz. Çürümüş bir piuma hafif bir baltayla vurmayı veya ince bir ağaç kabuğu tabakasını kesmeyi deneyin: kıvılcımlar, çürümüş ahşabın "ışıkları" olarak yanlara dağılacaktır. Evde böyle çürümüş bir şey uzun süre parlamaz.

Bu tür çürümüş ahşabın açıkta kalan ahşabında, siyah damarları veya ince beyazımsı ipliklerle - miselyumla biten dallı koyu kahverengi "kordonları" (rizomorflar) fark etmek kolaydır. Bu, odun - sonbahar veya yaz bal mantarına yerleşmiş tanınmış mantarlardan oluşan bir miselyumdur. Bu mantarlar bir başlık veya sapla değil, tahrip olmuş ahşabın etrafını ince bir ağ gibi ören miselyumla parlıyor. Görünüşe göre tüm kütük veya çürümüş ağaç parlıyor!

Topraktaki bal mantarı sporları ani sıcaklık değişikliklerinden korkmaz. Meyve veren gövdelere ek olarak, miselyumda ağaçların köklerini enfekte eden ve bunların içinden gövdelere geçerek 2,5-3 m yüksekliğe kadar yükselen büyüyen rizomorflar ortaya çıkar (Şekil 12). Miselyumun yaşayan bir ağaçta ortaya çıkması (çoğunlukla hasarlı kabuk yoluyla) ahşabın tahrip olmasına ve ölümüne yol açar.

Pirinç. 12. Rizomorflarından etkilenen bir ağaç gövdesindeki bal mantarı

Gördüğünüz gibi bu yenilebilir mantarlar, taze hazırlanmış veya depolanmış gıda şeklinde keyif vermenin yanı sıra ormancılığa da zarar vermektedir.

Bazı durumlarda, Kara Dünya Dışı Bölgede yaygın olan başka bir mantarın, gerçek kelebeğin, özellikle meyve veren gövdesi zaten olgunlaştığında ve çökmeye başladığında parladığına dair bilgiler var.

Seralarda ve seralarda saksıların ve fıçıların su yüzeyi genellikle yalnızca mikroskop altında görülebilen altın algler (Chromophyton Rosanoffii) ile kaplıdır ve bunların hayvanat bahçeleri, yönlendirilmiş ışık altında muhteşem bir altın parıltı verir. Her hayvanat bahçesinde bir kromatoforun varlığı ve yansıtıcı küresel yüzeyi ışık akışı yönünde yönlendirme yeteneği nedeniyle, en yoğun yansıma, su yüzeyine en küçük dar açıyla bakıldığında meydana gelir. Suya dik olarak bakıldığında yosun kaplaması renksiz görünür ve hiç parlaklık vermez. Ancak bu etki artık kendi parıltısı nedeniyle değil, yalnızca ışığın yakalanması ve yönlendirilmiş yansıması nedeniyle ortaya çıkıyor.

Avatar'ın parıldayan ormanlarından çıkmış gibi görünen, karanlıkta parlayan bitkiler bahçenize yerleşmeye hazır. Parlayan bir ağacın yetiştirilmesi elbette biraz zaman alacaktır, ancak şimdi turpgiller familyasından küçük çiçekli bir bitki olan Arabidopsis'ten karanlıkta parlayan tohumlar sipariş edebilirsiniz.

Şirketin geçen yıl başlattığı Kickstarter kampanyasına göre Glowingplant, önümüzdeki haftadan itibaren tohum sevkiyatına başlamayı planladı. Ancak şirkete göre, sürüm sonbahara kadar ertelendi - üretimdeki başarısızlıklar veya bitkilerin kendi parıltısındaki başarısızlıklar nedeniyle değil, projenin toplanması nedeniyle daha fazla para başlangıçta beklediklerinden daha fazla.

Biyolüminesans bitki örtüsü yaratan sentetik biyoloji girişiminin CEO'su Anthony Evans, birkaç ay önce yatırımcılarımıza tohum göndermeye zamanında başlamamızı mı istediklerini yoksa fonun geri kalanını parlaklığı artırmak için mi kullanmamız gerektiğini sorduk.

Ve büyük çoğunluk bize parlaklığı artırma konusunda çalışmamızı tavsiye etti.

Biyolüminesanslı bir bitki yaratmak için bilim insanları Arabidopsis ile ışık saçan deniz bakterisi Vibrio fischeri'yi yapay olarak çaprazladılar. Bakteriyel DNA'yı bir bitkiye basitçe yerleştirmek işe yaramazdı; genlerin bir bitkide düzgün çalışması için bir takım değişiklikler yapılması gerekir; bu nedenle ekip sentetik bir yaklaşım benimsedi.

İlk olarak araştırmacılar, bilim adamlarının yeni yaşam formlarının DNA'sını bilgisayarlarda birleştirmesine olanak tanıyan genetik derleyici adı verilen yazılımı kullanarak genleri sanal olarak bir araya getirdi. Daha sonra gen özelliklerini, gerçek DNA'yı oluşturan DNA montaj şirketlerine gönderdiler.

Ekip, taze hasat edilmiş genleri Arabidopsis'e aktarmak için Agrobacterium tumefaciens adı verilen bir bakteri kullandı. A. tumefaciens doğada genlerini bitki hücrelerine yerleştirerek kansere neden olan patojenik bir organizmadır. Ancak nötralize edilmiş versiyonu, sentezlenen DNA'yı konakçı bitkiye zarar vermeden ulaştırabilir.

Araştırmacılar, elde edilen genleri yapraklara yerleştirdiler ve bitkinin ne kadar iyi adapte olduğunu ve ne kadar ışık ürettiğini değerlendirdiler. Ek finansman sayesinde, bilim insanları artık en iyi parıltıyı elde etmek için biraz farklı DNA dizileri ile deneyler yapıyor.

Yaklaşık 1.500 diziyi test etmeyi planlıyoruz” diye belirtiyor Evans.

Bilim adamları en iyi DNA dizisini bulduktan sonra, gen tabancası adı verilen ve bitkiyi DNA'yı içeriye taşıyacak şekilde tasarlanmış nanopartiküllerle bombalayan bir araç kullanarak karanlıkta parlayan ticari bir Arabidopsis bitkisi yaratacaklar.

Arabidopsis çiçek açtığında yeni genler taşıyan tohumlar üretecek ve yavruları da karanlıkta parlayacak. Şimdi bir bilim insanı ekibi, ikinci nesil Arabidopsis'in parlama yeteneğini test ediyor.

Tohumlar sonunda satışa sunulduğunda, bu, bazı çevrecilerin düpedüz rahatsız olduğu bir kavram olan, genetiği değiştirilmiş bir bitkinin dünyadaki en büyük salınımı olacak.

Modern bilimde sentetik biyoloji ve genetiği değiştirilmiş organizmalar (GDO'lar) oldukça tartışmalı kavramlardır. GDO'ların insanlar için tehlike oluşturduğuna ve hatta istilacı türlere dönüşebileceğine dair endişeler var.

Glowing Plant projesini Kickstarter'a ilk kez koyduğunda, Kanada'daki bir grup sentetik karşıtı biyoloji aktivisti projeyi durdurmak için bir kampanya başlattı. Girişim yalnızca 2.274 dolar toplarken, Evans'ın ekibi yalnızca birkaç dolar (yarım milyon dolar) ile orijinal hedefini yedi kattan fazla aştı.

Kanada'daki Dalhousie Üniversitesi'nde biyoteknoloji ve bitki yetiştirme alanındaki yeniliklerin insan üzerindeki etkilerini inceleyen Christina Holmes, risklerin duruma göre değiştiğini belirtiyor.

Açıkça söylemek gerekirse, Holmes, tüm GDO'ların eşit yaratılmadığını söylüyor. – Çoğu şey hangi bitkiyi kullandığınıza, hangi genleri kullandığınıza ve son olarak hangi amaçla kullandığınıza bağlıdır.

Söz konusu bitkilerin insan tüketimine yönelik olması durumunda risk artar. Ama Arabidopsis sadece bir ot. Türlerin istilacı tehlikesi açısından bakıldığında, risklerin de duruma göre değerlendirilmesi gerekmektedir. Bu kısmen söz konusu bitkinin polenlerini ve dolayısıyla genlerini diğer bitkilere ne kadar kolay yaydığına bağlıdır.

Glowing Plant'te moleküler biyolog ve botanikçi olan Kyle Taylor, Arabidopsis vakasında korkuların yersiz olduğunu çünkü bitkinin öncelikle kendi kendine tozlaşan bir çim olduğunu söylüyor.

Herhangi bir Arabidopsis biyologuna bu bitkilerin çapraz tozlaşmasını sağlamanın kolay olup olmadığını sorun, onlar da size bunun hiç de önemsiz olmayan bir iş olduğunu söyleyecektir.

Taylor ayrıca hibritin hayatta kalmasının çok daha zor olacağını, çünkü ışık üretmenin ek enerji gerektireceğini ve bitkiyi zayıflatacağını da sözlerine ekledi. Melez kendi ışığını güneş ışığıyla bile karıştırabilir ve bu da metabolizmasını olumsuz yönde etkileyebilir.

Taylor, normal bir Arabidopsis'i parlayan bir bitkinin yanına koyarsanız, parlayan bitkinin daha az mutlu göründüğünü itiraf ediyor.

Holmes, nasıl davranacağınızı asla önceden bilemeyeceğinizi savunuyor yeni görünüm, ancak ışık modifikasyonu kesinlikle onu, örneğin herbisitlere direnmek üzere genetiği değiştirilmiş kanoladan "bir yabani ot kadar daha güçlü hale getirmeyecektir".

Evans'ın tahminlerine göre ışık saçan bitki, sentetik biyoloji kavramını ilgi çekici ve insanlarla ilişkilendirilebilir hale getirecek.

Evans, birçok insanın biyoteknolojiye güvenmemesinin nedeninin biyoteknolojiyi anlamamaları olduğunu söyledi. "Somut, insanların anlayabileceği bir şey yaratarak biyoteknolojiye yönelik tutumları değiştirebileceğimize inanıyoruz.

Peki gerçekten sokak lambalarının yerini alacak, elektrik tüketimini azaltacak, CO2 emisyonunu azaltacak Pandora ağaçlarıyla dolu bir orman görecek miyiz?

Bu seviyeye ulaşmak için çok çalışmamız gerekiyor," diye itiraf ediyor Taylor.

Bu biyolojidir, dolayısıyla her zaman tam olarak anlamadığımız bazı nüanslar olabilir. Ancak istediğinizi nasıl başaracağınıza dair birkaç fikrimiz var.