10 osservazioni botaniche che possono cambiare il mondo

Quando si parla di grandi novità scientifiche, il campo della botanica - il ramo della biologia che si occupa della vita vegetale - sembra sempre apparire come il ragazzino timido che viene lasciato fuori. La gente sembra avere un'immagine di botanici che include adorabili giardinieri glorificati anziani che si inginocchiano nel terreno con piccole picche mentre piantano fiori.

Ma la botanica è in realtà all'avanguardia della scienza. Il campo aiuta a informare e modellare quei campi più sexy che catturano tutte le telecamere e le attenzioni come la genetica, la biotecnologia, la paleontologia e gli studi sui cambiamenti climatici. Tuttavia, ci sono molte osservazioni botaniche che promettono di cambiare il mondo oggi.

10Funghi possono aumentare le rese del raccolto

Nel 2014, gli scienziati hanno appreso come utilizzare le relazioni simbiotiche che le piante forgiano con i funghi per aumentare la resa delle colture e utilizzare meno fertilizzanti.

Gli scienziati sanno da tempo che la maggior parte delle piante utilizza funghi benefici nel terreno intorno a loro per produrre micorrize (radici fungine). Questi funghi possiedono lunghi filamenti, chiamati ife, che possono raggiungere nutrienti che le radici di una pianta non possono. Questa relazione aiuta le piante a raccogliere questi nutrienti in modo più efficiente.

Ora, un team di ricercatori, guidato dal Dr. Michael Schultze del Dipartimento di Biologia di York in Inghilterra, ha scoperto una proteina (nota come "pompa protonica") che funge da interfaccia tra i funghi e le cellule delle radici delle piante. Questo permette alle sostanze nutritive di passare alla pianta. Questa osservazione è stata pubblicata sulla rivista La cellula vegetale che è prodotto dalla American Society of Plant Biologists.

Il Dr. Schultze ha affermato che la pompa protonica specifica per micorrize sarebbe un modo per gli allevatori di piante di aumentare i raccolti, riducendo al minimo l'uso di fertilizzanti, sfruttando l'aumento naturale dei guadagni di nutrienti. I fertilizzanti minerali sono una fonte nota di problemi ambientali. Possono portare all'erosione del suolo e alla contaminazione delle falde acquifere con nitrati e fosfati. Elevati livelli di nitrati sono pericolosi per la salute umana. La contaminazione da fosfati porta alla crescita eccessiva di alghe quando le alghe muoiono e l'ossigeno sanguina fuori dall'acqua mentre si decompone, un processo chiamato eutrofizzazione.

9 Importanti vantaggi della resistenza al parassita oltre i parassiti

Mais Bt (trattato con i batteri Bacillus thuringiensis) è la varietà di mais geneticamente modificata che viene allevata per resistere alle larve di mais. Questi parassiti degli Stati Uniti del Midwest devastano le colture sia nella forma larvale che nella forma di coleottero adulto. I rootworm di mais costano ai coltivatori un aumento di $ 1 miliardo all'anno.

Il mais Bt si protegge da solo producendo un antiparassitario chiamato BT (che è una tossina batterica). Ciò riduce la necessità che il mais venga spruzzato con pesticidi. Oltre agli ovvi benefici, gli scienziati hanno scoperto che il mais Bt spesso supera le aspettative e produce rendimenti maggiori del previsto.

Nel 2012, Fred Below e Jason Haegele dell'Università dell'Illinois di Urbana-Champaign hanno pubblicato uno studio che ha determinato che il mais Bt aumenta i rendimenti aumentando l'assunzione di azoto e aumentando allo stesso tempo l'efficienza dell'uso dell'azoto. Non dovendo investire in strategie costose per proteggersi dai parassiti, le piante si ritrovano libere di sviluppare sistemi di radici più sane e attive che portano ad un aumento della produzione tutt'intorno.

Il mais Bt promette anche di aiutare gli scienziati che ricercano i sistemi di root. Grandi popolazioni di piante che crescono vicine tra loro - come le piante coltivate - possono produrre grandi reti di sistemi di radici se quelle radici sono protette dai parassiti. Ciò offre ai ricercatori una maggiore riserva di risorse su cui lavorare quando si cerca di capire come funzionano i sistemi di root. Questo, a sua volta, può portare a nuove strade fruttuose di ricerca e sviluppo.

8 Robot ispirati alle piante

I ricercatori di un progetto finanziato dall'UE presso l'Istituto Italiano di Tecnologia stanno lavorando a una serie di progetti robotici avanzati ispirati a quella che sembra essere una fonte improbabile: la vita vegetale.

Barbara Mazzolai è il coordinatore del progetto FP7-PLANTOID, che mira a progettare e prototipare soluzioni hardware e software nel campo della robotica ispirato alle piante. Ciò include il modo in cui si muovono, il senso del mondo e persino il modo in cui le loro radici crescono. Mentre molti vedono le piante come organismi passivi che non fanno praticamente nulla, le piante, infatti, si muovono. Molte volte questo movimento si trova in "modi estremamente efficienti".

Il gruppo ha sviluppato un prototipo generale che mira a utilizzare i modi in cui le piante interagiscono con il mondo. È dotato di un tronco stampato 3-D e di foglie che percepiscono cose come temperatura, gravità e umidità. Ha anche un sistema di root che cresce e cambia direzione, se necessario. Questa è la prima volta che gli scienziati hanno studiato le piante per risolvere i problemi basati sulla robotica.

Alla fine Mazzolai e il suo team sperano di utilizzare questo lavoro in campi diversi come l'agricoltura, la medicina e l'esplorazione spaziale. Immaginano robot futuri che potrebbero essere lanciati su un mondo alieno dove si impiantano e utilizzano informazioni sensoriali per adattarsi ad ambienti difficili. Un'altra possibilità è creare robot chirurgici endoscopici flessibili che possano viaggiare attraverso il corpo umano.

Il progetto PLANTOID è sostenuto da 1,6 milioni di euro di finanziamenti dall'UE e si prevede che sarà completato nel 2015. Il team sta attualmente lavorando su un prototipo più avanzato con più abilità. Sperano di sviluppare un modello che utilizza il suo ambiente esterno per attirare energia e robot più intelligenti che possono imparare dai segnali ambientali e prendere decisioni basate su di essi. Puoi seguire i progressi del progetto e saperne di più qui.

7Tecniche di agricoltura di fattoria

Una recente ricerca sulle tecniche di coltivazione del deserto ha portato a nuove osservazioni su come le piante creano rapporti con i batteri per promuovere la crescita. Questo ha importanti potenziali applicazioni.

In uno studio del 2012 pubblicato in PLOS ONE, i ricercatori hanno usato una pianta di pepe sensibile alla siccità (Capsicum annuum L.) e si è concentrato sugli organismi che si sono sviluppati intorno ad esso in condizioni di siccità. Lo hanno fatto suddividendo i sistemi di radici e campionando sia i terreni coltivati ​​che quelli non coltivati.

Hanno scoperto che, una volta sottoposti a condizioni di siccità, i batteri che circondano le piante sono stati arricchiti e ha portato le piante a un aumento del 40% nella fotosintesi e nella produzione di biomassa.

Più biologi di piante stanno studiando il modo in cui le piante interagiscono con gli organismi che crescono intorno a loro, più ha senso parlare di piante come di un "metaorganismo" in cui il microbioma che lo circonda è tanto una parte del tutto quanto la pianta stessa. In un mondo in cui i cambiamenti climatici e la crescita delle popolazioni umane metteranno a dura prova la disponibilità di acqua e la quantità di terra utilizzabile per l'agricoltura, questa ricerca ci aiuterà mantenendo alte rese con l'irrigazione minima.

6Seaweed Farming

Mentre le alghe fioriscono vicino alle spiagge e distruggono gli ecosistemi, le alghe sono da sempre una preoccupazione ambientale in crescita. È considerato da molti un flagello e un problema che dobbiamo sradicare.

Ma un gruppo di ricercatori non è d'accordo. Dissero: "Nella nostra ricerca, giriamo la discussione sulla sua testa e vediamo le alghe come una risorsa. Raccogliamo alghe in eccesso lungo le coste e coltiviamo nuove alghe in mare. "Perché dovrebbero farlo?

Fredrik Grondahl, capo del Seafarm Project presso il KTH Royal Institute of Technology in Svezia, spera di utilizzare le alghe come una fonte economica e abbondante di cibo, medicine, plastica e biocarburanti. Gli esseri umani usano quasi il 40% della produzione derivata da ecosistemi terrestri, ma solo l'1% circa di ciò che il mare può produrre.

L'eccessiva fertilizzazione dei nostri oceani dovuta all'attività umana - chiamata eutrofizzazione - finisce per creare troppe alghe e, per peggiorare le cose, quello che produciamo dal mare è per lo più sfruttabile. Alcune pratiche di pesca, tra cui la pesca a strascico, devastano gli oceani. La pesca a strascico uccide migliaia di esseri viventi che non vengono mai usati per ottenere il pesce che i pescherecci da traino vogliono. L'utilizzo del potenziale delle alghe potrebbe cambiare tutto ciò. La sua utilità è incredibile e quasi completamente trascurata nella maggior parte delle culture occidentali.

Le alghe contengono vitamine, amminoacidi e minerali. Può essere consumato liscio o usato per produrre spezie e oli. Può anche sostituire forme di alimentazione animale dannose per l'ambiente. Le alghe brune possono produrre tre volte la quantità di zucchero presente nelle barbabietole da zucchero.

Il progetto di Grondahl's Seafarm coltiva le alghe su barili e poi li raccoglie a terra, dove vengono ulteriormente lavorati attraverso processi di bioraffinazione. La sua fattoria, e altri progetti simili, hanno un immenso potenziale per cambiare il mondo.

Altre nazioni hanno usato le alghe per un bel po 'di tempo. Molte parti dell'Asia, in particolare il Giappone, lo usano da secoli. L'Irlanda, una nazione con una lunga tradizione di utilizzo di alghe, ha sviluppato ampi progetti di coltivazione di alghe dal 2010. Nel 2011, la Norvegia ha iniziato progetti simili. Quindi, forse gli allevamenti di mare immaginati da scrittori di fantascienza e futuristi sono finalmente sulla loro strada.

5Nuove osservazioni di funghi potrebbero portare a fungicidi migliorati

Un nuovo studio condotto da ricercatori dell'Università di Exeter in Inghilterra, pubblicato nel numero di ottobre 2014 di Comunicazioni della natura, mostra il meccanismo in cui la maggior parte dei funghi patogeni evita il sistema immunitario delle piante che attaccano. Questa scoperta promette di condurre a un'intera nuova generazione di fungicidi.

Il professor Gero Steinberg delle Bioscienze dell'UOE ha sottolineato che i funghi patogeni possiedono un grande potenziale per interrompere la sicurezza alimentare mondiale e già costano miliardi di dollari di danni. Ha detto, "In effetti, le perdite di grano, riso e mais per i patogeni fungini, per anno, sono le stesse spese annuali del (Dipartimento) della Sicurezza Nazionale degli Stati Uniti - circa $ 60 miliardi".

Si scopre che la maggior parte dei funghi patogeni iniettano una pianta con proteine ​​effettrici che gli permettono di bypassare le risposte automatiche del sistema immunitario e di entrare nelle cellule delle piante. I funghi usano organelli di segnalazione - chiamati endosomi precoci - che viaggiano tra il nucleo della cellula fungina e il punto di invasione. Fungono da messaggeri e consegnano le proteine ​​che permettono al fungo di penetrare in sicurezza nella pianta.

Imparando a disabilitare questo processo, i ricercatori dovrebbero essere in grado di fornire nuovi fungicidi che trattano la malattia prima che il fungo abbia la possibilità di svolgere il proprio lavoro sporco. Gli attuali fungicidi sono spesso resi rapidamente inefficaci dai funghi patogeni perché i loro rapidi tassi di crescita li aiutano ad adattarsi rapidamente ai trattamenti anti-fungini.

4I microbi dell'intestino umano possono fornire biocarburanti vegetali

Per utilizzare le piante come biocarburanti, gli scienziati hanno bisogno di un modo per abbattere efficacemente le pareti cellulari di una pianta. Tradizionalmente, lo fanno usando determinati microbi che possiedono l'utile caratteristica di fare proprio questo. I candidati probabili includono i microbi che esistono nei rum della mucca e nelle budella delle termiti.

Ma in uno studio del 2014 nel Atti della National Academy of SciencesIl professor Isaac Cann dell'Università dell'Illinois e il suo team di ricercatori ritengono di aver trovato un candidato migliore, nell'intestino umano di tutti i luoghi.

Lo studio conferma una precedente ipotesi che i microbi intestinali nell'uomo hanno la capacità di digerire le fibre e trasformarle in zuccheri che, a loro volta, fermentano i nutrienti utilizzati dalle cellule umane. Questi stessi zuccheri possono essere alimentati al lievito per generare etanolo e altri combustibili liquidi. Due dei microbi trovati nell'uomo-Bacteroides intestinalis e Bacteroides ovatus-possono essere più efficienti a scomporre fibre vegetali complesse rispetto a quelle che si trovano nelle mucche.

Oltre ad avere importanti implicazioni per la salute umana, questa scoperta può avvantaggiare enormemente l'industria dei biocarburanti che, a sua volta, può consentirci di trarre enormi benefici ambientali.

3Trees che possono aumentare la bio-produzione

I ricercatori del Center for Plant Biotechnology e Genomics hanno sviluppato una nuova forma di biotecnologia: una tecnica per aumentare la produzione di biomassa di una piantagione forestale senza alterare il tasso di crescita, la composizione o l'anatomia di un albero. Ciò non solo aumenta la produzione complessiva di alberi senza aumentare la domanda di cibo degli alberi, ma lo fa in modi che possono mitigare gli effetti del riscaldamento globale e migliorare la sicurezza energetica consentendo una produzione di legno molto maggiore nella stessa quantità di spazio.

Lo hanno fatto attraverso una tecnica che modifica l'espressione di determinati geni responsabili di un processo chiamato "ramificazione syleptic" negli alberi, che aumenta il numero di rami, la dimensione dell'area fogliare e la crescita complessiva. I ricercatori sostengono che la loro tecnica può potenzialmente funzionare su qualsiasi specie di piante legnose.

A causa delle sue potenziali applicazioni nel settore della bioenergia e nei mercati dell'energia, il processo è stato brevettato.

2Sound Vibrations May Soon Boost Harvests

In Europa, molti paesi hanno messo in atto ampi divieti di pesticidi. Ciò mette pressione sui ricercatori per trovare metodi alternativi di controllo dei parassiti. Potrebbe essere possibile sostituire un giorno molti dei pesticidi del mondo con un sistema di controllo degli insetti basato su odore e odore? I ricercatori in Italia la pensano così.

Ilaria Pertot e un team di ricercatori dell'UE che lavorano al progetto PURE hanno sperimentato vibrazioni sonore e feromoni per interrompere il comportamento di accoppiamento della falena europea della bacca d'uva e della cicala Scaphoideus titanus-due comuni parassiti dell'uva.

Considerando che solo l'uva rappresenta il 38% dell'uso di pesticidi in tutta Europa, è facile vedere come questa ricerca possa avere enormi benefici ambientali, anche se risulta non avere una diffusa applicabilità.

I ricercatori sostengono che, sulla base dei loro studi fino ad ora, i metodi che stanno sviluppando sono altrettanto efficaci, se non addirittura superiori, all'uso di pesticidi chimici e potrebbero essere in grado di sostituirli del tutto.

1 Diversità delle piante cinese cruciale per la sicurezza alimentare globale

L'Occidente ha avuto alcuni motivi per invidiare la Cina negli ultimi decenni e potrebbe benissimo averne un'altra. Un team botanico dell'Università di Birmingham in Inghilterra, insieme a partner cinesi, sostiene che l'enorme quantità di diversità vegetale in Cina potrebbe essere cruciale per la sicurezza alimentare globale in futuro.

La flora cinese comprende oltre 20.000 specie vegetali superiori. I ricercatori hanno identificato 871 di queste specie native che sono conosciute come i parenti selvatici delle colture (CWR). Sono chiamati così per il loro potenziale genetico di adattarsi e aiutare a mantenere 28 importanti colture globali (come riso, grano, soia e molte altre). Alcuni sono utilizzati per aiutare le piante a migliorare la resistenza al freddo o fornire resistenza alle tossine. Altri hanno migliorato la resistenza alla siccità o migliorato le qualità nutrizionali come il contenuto proteico. Il 42% di loro non si trova in nessun'altra parte del mondo.

Tuttavia, non tutte le buone notizie. I ricercatori hanno anche scoperto che almeno il 17% di queste specie di enorme valore sono in pericolo di estinzione e richiedono immediata attenzione. Nel frattempo, con un database di tutte le specie completate, sono in corso sforzi per iniziare a preservare le specie nelle banche genetiche al fine di mantenere i loro tratti di valore.

Il mondo sta appena iniziando a comprendere l'importanza delle CWR e di altre piante selvatiche nella lotta per mitigare gli effetti del riscaldamento globale e garantire la stabilità economica agricola. Il ricercatore Shelagh Kell ha affermato che le politiche coinvolte sono incredibilmente complesse e che "occorre prestare urgente attenzione alla CWR cinese per garantire che siano adeguatamente conservate, in modo che questa diversità sia disponibile per l'uso nei programmi di miglioramento delle colture prima che sia persa per sempre. ”