Η μικροβιοκοινότητα της ριζόσφαιρας

η υγεία των φυτών για την ευημερία των ανθρώπων

σύνταξη, επιμέλεια: Γρηγόρης Δεούδης για το: Ορχιδέες και Παχύφυτα
ενημέρωση: 27 Δεκεμβρίου 2018

Μια μεταφυσική εισαγωγή

Ως ενεργειακά πρωτίστως πλάσματα που είμαστε, όλα αντιστοίχως, ξεκινούν, πρωτίστως, στο ενεργειακό επίπεδο και ακολουθεί το ψυχικό/νοητικό. Η βάση όμως από όπου όλα ξεκινούν να δημιουργούν τις δικές τους δομές βρίσκεται στον μικρόκοσμο, ο οποίος, είναι ο καθρέφτης του μακρόκοσμου. Τα δυο αυτά, και ο μικρόκοσμος όσο και ο μακρόκοσμος, είναι οι πλευρές του ίδιου νομίσματος, αλλά συχνά ο άνθρωπος δυσκολεύεται να αντιληφθεί τη διασύνδεσή τους, επειδή βλέπει και μετρά τον κόσμο του με διαφορετικά μεγέθη και ζυγίζει τα πάντα με διαφορετικά σταθμά. Ο μακρόκοσμος (εξώτερο σύμπαν) και ο μικρόκοσμος (εσώτερο σύμπαν) είναι στην ουσία ένα σύμπαν στο οποίο αφενός εισερχόμαστε και αφετέρου μας διαπερνά - και με τις δυο λειτουργίες αυτές να συμβαίνουν ταυτοχρόνως - ενώ την ίδια στιγμή αυτοί οι δυο κόσμοι είναι μονίμως αλληλένδετοι, με τρόπους που ενδέχεται να δυσκολευόμαστε να αντιληφθούμε και συχνά να αποδεχτούμε. Ο άνθρωπος είναι ο αποδέκτης και το τελευταίο γρανάζι, σε αυτό το κολοσσιαίων διαστάσεων Κοσμοσύστημα, αποτελώντας συνάμα τον ακρογωνιαίο λίθο, με ρόλο συνδημιουργού σε αυτόν τον κόσμο…

Ίσως λαμβάνεται κάπως διαφορετικά όλο αυτό από κάποιον που δεν έχει παρόμοιο ενδιαφέρον προς τα μεταφυσικά θέματα. Μια ισχυρή ένδειξη όμως έρχεται από την παρατήρηση και έρευνα του μικρόκοσμου στον κόσμο των φυτών, όπως θα παρουσιάσουμε ακολούθως σε αυτό το άρθρο. Ας πάρουμε όμως τα πράγματα με τη σειρά, εξηγώντας πρώτα τους - άγνωστους για πολλούς - όρους.

Ριζόσφαιρα

Η ριζόσφαιρα είναι το τμήμα του εδάφους ή του νερού  που υπόκειται στην επίδραση των φυτικών ριζών και των σχετικών μικροοργανισμών τους.

Μικροβιοκοινότητα

Η μικροβιοκοινότητα είναι μια κοινότητα μικροβίων που είναι παρούσα σε κάθε ζωντανό οργανισμό. Όπως υπάρχει η κοινότητα μικροβίων στο ανθρώπινο έντερο, αντιστοίχως το αυτό συμβαίνει και στη ριζόσφαιρα των φυτών.

Ολοβίωμα

Το ολοβίωμα είναι το σύνολο των αποτελούμενων μερών των γονιδιωμάτων σε έναν ευκαρυωτικό οργανισμό. Περιλαμβάνει το γονιδίωμα ενός μεμονωμένου μέλους μιας δεδομένης ταξινομικής βαθμίδας (το γονιδίωμα του ξενιστή) και τη μικροβιοκοινότητα (τα γονιδιώματα της συμβιωτικής μικροβιοχλωρίδας).

Η διαδικασία της φυτοεξυγίανσης με τη συμβολή της μικροβιοκοινότητας στη ριζόσφαιρα του φυτού

Ο ρόλος των μικροβίων

Τα μικρόβια, που καλούνται και μικροοργανισμοί, είναι οργανισμοί που είναι ορατοί μόνο με μικροσκόπιο. Αποτελούνται από πέντε βασικές ομάδες:

• μύκητες
• μικροφύκη
• πρωτόζωα
• βακτήρια
• ιοί

Τα βακτηριόφυτα, λεγόμενα και σχιζομύκητες, ευρύτερα γνωστά ως βακτήρια, είναι μικροσκοπικοί, μονοκύτταροι (σπάνια πολυκύτταροι), προκαρυωτικοί οργανισμοί, που συναντούνται σε κάθε είδους βιότοπο και σε πολύ μεγάλους αριθμούς, όπως σε δισεκατομμύρια ανά γραμμάριο γόνιμου κηποχώματος ή σε εκατομμύρια σε μια σταγόνα σάλιου. Μερικά εξ αυτών είναι αυτότροφα και περιέχουν βακτηριοχλωροφύλλες και βακτηριοβιριδίνη εκτελώντας αναεροβική φωτοσύνθεση. Τη μορφή και τη δράση των βακτηρίων μελετά η Βακτηριολογία.

Τα βακτήρια χωρίζονται περαιτέρω σε αυτά που χρησιμοποιούν το εσωτερικό ενός πολυκύτταρου οργανισμού ως ξενιστή για να επιβιώσουν και ως εκ τούτου παρασιτούν και αυτά είναι τα παθογόνα βακτήρια. Έπειτα υπάρχουν και τα μη παθογόνα βακτήρια που είναι στην ουσία τα περισσότερα και σε αυτά οφείλεται η εύρυθμη λειτουργία οποιουδήποτε οργανισμού και συστήματος, καθώς αυτοί οι μικροοργανισμοί αποικοδομούν τη νεκρή ύλη και έχουν το ρόλο του διερμηνέα σε μικροσκοπικό επίπεδο, επικοινωνώντας μέσω χημικής ανταλλαγής, εκτελώντας αδιαλείπτως εργασίες, κρατώντας τον αριθμό των παθογόνων βακτηρίων σε χαμηλά επίπεδα.

Στην πραγματικότητα, η παχυσαρκία, ο διαβήτης, τα καρδιαγγειακά, οι πεπτικές διαταραχές και αρκετοί καρκίνοι στον άνθρωπο, είναι αποτέλεσμα της συρρίκνωσης των φιλικών μικροοργανισμών.

Τι θα μας έλεγαν τα φυτά αν μπορούσαν να μιλήσουν; «Κοιτάξτε κάτω στις ρίζες μας».

Μπορεί ό,τι «πιάνει» το μάτι μας να είναι ευκολότερο λογικά να παρατηρηθεί και να μετρηθεί: στη φύση, στο χωράφι, στο πειραματικό τεμάχιο, στη γλάστρα, στο θερμοκήπιο, στον θάλαμο ανάπτυξης. Άρα λογικό είναι να έχει προηγηθεί η μελέτη του υπέργειου τμήματος του φυτού. Είναι καιρός όμως να στρέψουμε τα φώτα - παρά τις δυσκολίες που αυτό παρουσιάζει - στο κάτω μέρος του φυτού, στη ρίζα, στο ρίζωμα στο χώμα ή ακόμη καλύτερα στη ριζόσφαιρα, που είναι το σύνολο των ριζών, των μικροβίων και του εδάφους. Ειδικά στην τελευταία οντότητα, δηλαδή τη ρίζα με το χώμα που την περιβάλλει, συμπεριλαμβανομένων των τρισεκατομμυρίων μικροβίων που περιλαμβάνει ο εγγύς περίγυρος. Αυτό είναι το ολοβίωμα - ένας ακόμη ελληνικός όρος που ξεπήδησε πρόσφατα στην επιστημονική βιβλιογραφία.

Οι μεγάλες εκπλήξεις της ριζόσφαιρας

Οσον αφορά στο ολοβίωμα, το αποτέλεσμα πρόσφατων εξελίξεων της Μεταγονιδιωματικής (Metagenomics), η οποία διαβάζει ό,τι γενετικά κείμενα βρει μπροστά της από το σύνολο της ριζόσφαιρας, οι επιστήμονες βρέθηκαν προ μεγάλων εκπλήξεων. Πιο συγκεκριμένα φάνηκε ότι:

α) Τρισεκατομμύρια μικροβίων ζουν στη ρίζα και γύρω - γύρω από τη ρίζα του φυτού στο έδαφος.

β) Το σύνολο σχεδόν αυτών των μικροβίων, κυρίως βακτήρια αλλά και μύκητες, είναι φιλικά προς το φυτό, είναι δηλαδή προβιοτικά για το φυτό μικρόβια.

γ) Τα μικρόβια «μιλούν» με το φυτό. Η ρίζα με τα συστατικά ή τα εκκρίματά της προσελκύει τα φιλικά μικρόβια κοντά της, φροντίζει τον πολλαπλασιασμό των ωφέλιμων μικροβίων, περιορίζοντας ταυτόχρονα τα ζημιογόνα.

δ) Τα μικρόβια με τη σειρά τους ως αντάλλαγμα επιστρέφουν στο φυτό σειρά πολύτιμων συστατικών, βοηθούν στην απορρόφηση άλλων και πολεμούν τα παθογόνα (βακτήρια, μύκητες, νηματώδεις και έντομα) ώστε να μην πλησιάσουν και καταστρέψουν το φυτό, δηλαδή κανονική συμβίωση.

ε) Αυτό το «σύμφωνο συμβίωσης» μεταξύ τόσο ετερόφυλων οργανισμών έχει επίπτωση όχι μόνο στον πληθυσμό των μικροβίων αλλά και στην ανάπτυξη του φυτού, και μάλιστα και στην ίδια τη ρίζα.

στ) Πρόσφατες επιστημονικές έρευνες έδειξαν ότι το κάθε φυτικό είδος ή ακόμη-ακόμη κάθε καλλιεργούμενη ποικιλία ενός είδους επηρεάζει διαφορετικά τη ριζόσφαιρά της και έχει διαφορετικές απαιτήσεις. Με λίγα λόγια, όπως συμβαίνει και σε εμάς άλλωστε, όπου παρόμοιες μεταγονιδιωματικές έρευνες έδειξαν ότι στο σώμα μας μαζί με τα 3 τρισεκατομμύρια των ανθρωπίνων κυττάρων μας «κουβαλούμε» και 300 τρισεκατομμύρια φιλικά προς εμάς προβιοτικά μικρόβια, έτσι και τα φυτά, τόσο στο υπέργειο, κυρίως δε στο υπόγειο τμήμα για το οποίο μιλάμε, έχουν τα δικά τους προβιοτικά μικρόβια.

Τι κρίμα. Αγνοώντας όλα τα παραπάνω και για εμάς και για τα φυτά, με τη νοοτροπία ότι όλα τα μικρόβια είναι παθογόνα που προσπαθούν να μας μολύνουν και να μας αρρωστήσουν, εμάς, τα ζώα ή τα φυτά, επιδοθήκαμε, απερίσκεπτα, σε έναν ανηλεή πόλεμο εναντίον τους με φάρμακα, αντιβιοτικά, χημικά, απορρυπαντικά, απολυμαντικά, χλώρια κ.ά. και τελευταία σε ιατρικές πρακτικές που συρρίκνωσαν τα μικρόβια, αλλάζοντας - ριζικά θα λέγαμε - τον μεταβολισμό όλων των οργανισμών. Η παχυσαρκία, ο διαβήτης, τα καρδιαγγειακά, οι πεπτικές διαταραχές και αρκετοί καρκίνοι στον άνθρωπο, είναι αποτέλεσμα αυτής της συρρίκνωσης των φιλικών μικροβίων. Τα συμβιωτικά, λοιπόν, βακτήρια από το μπόλικο άζωτο που δεσμεύουν, από το περίσσευμά τους δίνουν αζωτούχο λίπασμα και στο φυτό-ξενιστή, που σε αντάλλαγμα δίνει τροφή στο βακτήριο με τη μορφή των σακχάρων που το φυτό έχει άφθονα χάρη στη φωτοσύνθεση στα πράσινα φύλλα με την μπόλικη δωρεάν ενέργεια του ήλιου!

Εμβαθύνοντας στη συνομιλία βακτηρίων και ριζόσφαιρας

Η ποικιλία των μικροβίων που σχετίζονται με τις ρίζες των φυτών είναι τεράστια, της τάξης των δεκάδων χιλιάδων ειδών. Αυτή η σύνθετη φυτική μικροβιακή κοινότητα, που αναφέρεται επίσης ως το δεύτερο γονιδίωμα του φυτού, είναι ζωτικής σημασίας για την υγεία των φυτών. Οι πρόσφατες εξελίξεις στην έρευνα αλληλεπιδράσεων φυτών-μικροβίων έδειξαν ότι τα φυτά είναι σε θέση να διαμορφώσουν τη μικροβιοκοινότητα στη ριζόσφαιρά τους, όπως αποδεικνύεται από το γεγονός ότι διαφορετικά φυτικά είδη φιλοξενούν συγκεκριμένες μικροβιακές κοινότητες όταν καλλιεργούνται στο ίδιο έδαφος. Όπως αποκαλύπτουν νέες έρευνες, μετά από επίθεση παθογόνων ή εντόμων, τα φυτά είναι ικανά να στρατολογήσουν προστατευτικούς μικροοργανισμούς και να ενισχύσουν τη μικροβιακή δραστηριότητα για την καταστολή των παθογόνων παραγόντων στη ριζόσφαιρα. Μια ολοκληρωμένη κατανόηση των μηχανισμών που διέπουν την επιλογή και τη δραστηριότητα των μικροβιακών κοινοτήτων από τις ρίζες των φυτών θα προσφέρει νέες ευκαιρίες για την αύξηση της καλλιέργειας.

Φυτοεξυγίανση: άλλη μια κρίσιμη λειτουργία της μικροβιοκοινότητας

Η φυτοεξυγίανση ή ριζοφιλτράρισμα ή βιοθεραπεία εδάφους - λιγότερο δόκιμος ο όρος φυτοθεραπεία - είναι η άμεση χρήση των ζωντανών φυτών στο φυσικό τους ενδιαίτημα, για την απομάκρυνση, αποδόμηση ή περιορισμό προσμείξεων σε εδάφη, ιλύες, ιζήματα, σε επιφανειακά και υπόγεια ύδατα με τη βοήθεια της μικροβιοκοινότητας στη ριζόσφαιρα των φυτών.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι με τους οποίους τα φυτά χρησιμοποιούνται για τον καθαρισμό ή την αποκατάσταση μολυσμένων χώρων. Για την απομάκρυνση ρυπογόνων ουσιών από το έδαφος, τα ιζήματα και/ή το νερό, τα φυτά μπορούν να διασπάσουν ή να ελαττώσουν τους οργανικούς ρύπους ή να συγκρατούν και να σταθεροποιούν τις προσμείξεις μετάλλων ενεργώντας ως φίλτρα ή παγίδες.

Η συμβίωση μικροβίων - φυτών συμβάλει στην αειφορία

Παρατηρείται παγκοσμίως μια αυξανόμενη τάση στις περιοχές των χερσαίων, επιφανειακών και υπόγειων υδάτων που πλήττονται από τη ρύπανση από βιομηχανικές, στρατιωτικές και γεωργικές δραστηριότητες είτε λόγω άγνοιας, έλλειψης διορατικότητας ή απροσεξίας. Η συσσώρευση τοξικών ρύπων (μέταλλα, ραδιονουκλεΐδια και οργανικές μολύνσεις στο έδαφος, στα επιφανειακά και στα υπόγεια ύδατα) δεν επηρεάζει μόνο τους φυσικούς πόρους, αλλά προκαλεί επίσης μεγάλη καταπόνηση στα οικοσυστήματα. Η αποκατάσταση των μολυσμένων χώρων με τη χρήση συμβατικών πρακτικών, όπως οι τεχνικές της "αντλίας-επεξεργασίας" και "χωματερής", είναι συχνά δαπανηρές, έχουν περιορισμένο δυναμικό και συνήθως εφαρμόζονται μόνο σε μικρές περιοχές. Επιπλέον, αυτές οι συμβατικές προσεγγίσεις στην αποκατάσταση συχνά καθιστούν το έδαφος άγονο και ακατάλληλο για γεωργία και άλλες χρήσεις και το σημαντικότερο, καταστρέφοντας το μικροπεριβάλλον. Ως εκ τούτου, υπάρχει η ανάγκη ανάπτυξης και εφαρμογής εναλλακτικών, περιβαλλοντικά ορθών τεχνολογιών (ESTs), λαμβάνοντας υπόψη την πιθανή τελική χρήση του χώρου μετά την αποκατάστασή του.

Η λειτουργία της φυτοεξυγίανσης αναλυτικότερα

Η πρόσληψη προσμείξεων στα φυτά συμβαίνει κυρίως μέσω του ριζικού συστήματος, στο οποίο βρίσκονται οι κύριοι μηχανισμοί πρόληψης της μολυσματικής τοξικότητας. Το ριζικό σύστημα παρέχει μια τεράστια επιφάνεια που απορροφά και συσσωρεύει το νερό και τα θρεπτικά συστατικά που είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη, καθώς και άλλες μη βασικές μολυσματικές ουσίες. Οι ερευνητές διαπιστώνουν ότι η χρήση δέντρων (αντί μικρότερων φυτών) είναι αποτελεσματική στην αντιμετώπιση βαθύτερης μόλυνσης, επειδή οι ρίζες των δέντρων διεισδύουν πιο βαθιά στο έδαφος. Επιπλέον, τα μολυσμένα υπόγεια ύδατα μπορούν να αντιμετωπιστούν με άντληση του νερού από το έδαφος και χρήση φυτών για την αντιμετώπιση της μόλυνσης.

Οι ρίζες των φυτών προκαλούν επίσης αλλαγές στη διασύνδεση εδάφους-ρίζας καθώς απελευθερώνουν ανόργανες και οργανικές ενώσεις (ρίζες εκκρίματα) στη ριζόσφαιρα. Αυτά τα ριζικά εκκρίματα επηρεάζουν τον αριθμό και τη δραστηριότητα των μικροοργανισμών, την συσσωμάτωση και τη σταθερότητα των σωματιδίων του εδάφους γύρω από τη ρίζα και τη διαθεσιμότητα των ρυπαντών. Τα ριζικά εκκρίματα μπορούν από μόνα τους να αυξήσουν (κινητοποιήσουν) ή να μειώσουν (ακινητοποιήσουν) άμεσα ή έμμεσα τη διαθεσιμότητα των μολυσματικών ουσιών στη ριζική ζώνη (ριζόσφαιρα) του φυτού μέσω αλλαγών στα χαρακτηριστικά του εδάφους, την απελευθέρωση οργανικών ουσιών, τις αλλαγές στη χημική σύνθεση και/ή την αύξηση της μικροβιακής δραστηριότητας που υποβοηθείται από τα φυτά.

Η φυτοεξυγίανση είναι μια εναλλακτική ή συμπληρωματική τεχνολογία που μπορεί να χρησιμοποιηθεί μαζί με ή σε μερικές περιπτώσεις αντί των συμβατικών μηχανικών καθαριστικών τεχνολογιών που συχνά απαιτούν υψηλές εισροές κεφαλαίου και απαιτούμενου εργατικού δυναμικού. Η φυτοεξυγίανση είναι μια τεχνική αποκατάστασης στο φυσικό περιβάλλον καθαυτό (in situ) που χρησιμοποιεί τις εγγενείς ικανότητες των ζωντανών φυτών. Είναι επίσης μια φιλική προς το περιβάλλον τεχνολογία καθαρισμού με ηλιακή ενέργεια που βασίζεται στην έννοια της χρήσης της φύσης για να καθαρίσει τη φύση.

Καλλωπιστικά φυτά εσωτερικού χώρου με ιδιότητες φυτοεξυγίανσης

Ο αριθμός των φυτών που είναι σε θέση να επιτελέσουν φυτοεξυγίανση είναι μεγάλος. Μεταξύ αυτών είναι και κάποια καλλωπιστικά φυτά εσωτερικού χώρου που έχουμε και στα σπίτια μας. Παράδειγμα φυτών εσωτερικού χώρου με αυτή την ιδιότητα της φυτοεξυγίανσης περιλαμβάνουν το Χλωρόφυτο το εύκομο (Chlorophytum comosum), το Χλωρόφυτο το λάσκο (Chlorophytum laxum), τη Χόγια τη σαρκώδη (Hoya carnosa) και το φυτό Τηλέγραφος (Tradescantia pallida).



______________
Με πληροφορίες από: Σύμφωνο συμβίωσης με τα μικρόβια | Holt J.C., Bergey D.H.: Bergey's manual of determinative bacteriology (9η έκδ.). Williams & Wilkins, Βαλτιμόρη 1994. ISBN 0-683-00603-7 | Βουτσινάς, Γεράσιμος: «Βακτήρια: Ενας κόσμος με πολλά πρόσωπα», Περισκόπιο της Επιστήμης, τεύχος 206 (Μάιος 1997) | Fundamentals of microbiology. Boston: Jones and Bartlett. 2001. ISBN 0-7637-1067-9 | Principles of microbiology. St. Louis: Mosby. 1995. ISBN 0-8016-7790-4 | Brock Biology of Microorganisms (11th έκδοση). Englewood Cliffs, N.J: Prentice Hall. 2005. ISBN 0-13-144329-1 | Bergey's manual of determinative bacteriology (9th έκδοση). Baltimore: Williams & Wilkins. 1994. ISBN 0-683-00603-7 | «Impact of culture-independent studies on the emerging phylogenetic view of bacterial diversity». J Bacteriol 180 (18): 4765–74. 15 September 1998. | Microbiology: an introduction (8th έκδοση). San Francisco: Benjamin Cummings. 2004. ISBN 0-8053-7614-3. | Microbial Diversity: Form and Function in Prokaryotes. Wiley-Blackwell. 2005. ISBN 978-1-4051-4448-3. | Complex Intracellular Structures in Prokaryotes (Microbiology Monographs). Berlin: Springer. 2006. ISBN 3-540-32524-7. | The rhizosphere microbiome and plant health | Rhizosphere engineering: Enhancing sustainable plant ecosystem productivity | Plant root-microbe communication in shaping root microbiomes | Towards an Enhanced Understanding of Plant–Microbiome Interactions to Improve Phytoremediation: Engineering the Metaorganism | Phytoremediation: An Environmentally Sound Technology for Pollution Prevention, Control and Remediation
.