Dobre i złe oblicza światła słonecznego
Wygląd i funkcjonowanie wszystkich organizmów ziemskich (wodnych i lądowych) determinowane są przez informację genetyczną zawartą w każdej komórce (geny) oraz środowisko, w którym się rozwijają. Spośród wielu czynników środowiskowych, to właśnie światło słoneczne jest źródłem energii, stanowiącym podstawę wszelkiego życia na naszej planecie.
Światło oddziałując na organizmy modyfikuje ich wzrost i rozwój a także zachowanie. Zarówno rośliny, zwierzęta jak i bakterie dzięki obecności wyspecjalizowanych, białkowych receptorów posiadają zdolność odbioru bodźców świetlnych. Energia świetlna warunkuje przebieg fotosyntezy - jednego z najważniejszych procesów zachodzących w roślinach zielonych, glonach i niektórych bakteriach (organizmy samożywne).
Podczas tego procesu w komórkach ww. organizmów, z prostych związków nieorganicznych (woda i dwutlenek węgla) i z udziałem światła dochodzi do wytworzenia materii organicznej (tj. węglowodanów). Powstałe związki organiczne stanowią pierwotne źródło pokarmu dla ludzi, zwierząt i wielu mikroorganizmów (organizmy cudzożywne).
Ocalenie i formowanie przez eliminowanie
Wśród roślin uprawnych wiele gatunków charakteryzuje się wysokim zapotrzebowaniem na światło, tzn. wymagają intensywnego natężenia światła przez kilkanaście godzin dziennie, a jego niedobór niekorzystnie wpływa na proces fotosyntezy i w konsekwencji na plonowanie. Wykazano że zawartość sacharozy w korzeniach buraka cukrowego, jak i plon ziarna z uprawy pszenicy są pozytywnie skorelowane z intensywnym nasłonecznieniem.
Warunki świetlne wpływają także na rozmiar i wygląd rośliny. Podczas wzrostu organizmu roślinnego światło hamuje nadmierne wydłużanie się łodygi (tzw. wypłonienie, etiolacja). Temu zjawisku sprzyja między innymi zbyt gęsty wysiew, kiedy to dochodzi do wzajemnego zacieniania się roślin. W efekcie otrzymujemy rośliny wysokie i wiotkie, a co gorsza słabo ulistnione.
Dobrym przykładem rośliny reagującej w ten sposób na warunki świetlne jest kapusta, która rozwijając się w świetle o niskim natężeniu, wytwarza wydłużoną łodygę oraz odpowiednio mniejszą ilość chlorofilu – barwnika nadającego zieloną barwę liściom. Natomiast w przypadku kalafiora, nadmierna ekspozycja słoneczna w okresie wytwarzania kwiatostanu (tzw. róży) powoduje niepożądane żółknięcie tych części roślin.
Światło reguluje także proces kiełkowania. Zjawisko regulacji kiełkowania nasion przez światło nazywane jest fotoblastią. Tylko nieliczne rośliny (ok. 4 proc.) wytwarzają nasiona niewrażliwe na światło. Nasiona wielu gatunków roślin (m.in. sałaty) wymagają dostępu światła dla prawidłowego przebiegu kiełkowania (fotoblastia dodatnia).
Białka do zadań specjalnych w życiu człowieka, zwierząt i roślin
Z drugiej strony, badania naukowe wykazały, że światło może też być czynnikiem hamującym kiełkowanie (fotoblastia ujemna), jak to ma miejsce w przypadku nasion pomidora. Ciekawym zjawiskiem jest negatywny wpływ światła na kiełkowanie ziarniaków znajdujących się jeszcze w kłosie (tzw. porastanie zbóż), a tym samym paradoksalnie zapewniający pozyskanie odpowiednio dużej ilość pełnowartościowego plonu.
W przypadku człowieka w wyniku oddziaływania promieni słonecznych na melaninę (barwnik znajdujący się w skórze) produkowana jest witamina D, niezbędna dla zachowania zdrowych kości. U dorosłego człowieka niedobór witaminy D zwiększa ryzyko złamań z powodu zmniejszenia wytrzymałości mechanicznej kości. Natomiast, w przypadku dzieci niedobór witaminy D może prowadzić do rozwoju krzywicy (upośledzenie mineralizacji rosnących kości i chrząstek stawowych). Inny aspekt oddziaływania światła słonecznego na organizm człowieka ma związek z reakcją na zmiany oświetlenia mające miejsce podczas 24-ro godzinnego dnia (tzw. rytm dobowy).
Wykazano bowiem, że pod wpływem zmniejszającego się natężenia promieniowania w szyszynce (jeden z gruczołów wydzielania wewnętrznego) produkowana jest melatonina, hormon odpowiadający za uczucie senności.
Dlaczego nasiona śpią?
Obok korzystnych efektów działania światła słonecznego na życie organizmów ziemskich są również i ujemne. Warto zaznaczyć, że nadmierna ekspozycja na promieniowanie słoneczne może w skrajnych przypadkach prowadzić do poważnego zaburzenia fizjologii zarówno zwierząt, jak i roślin.
Pod wpływem nadmiernego nasłonecznienia skóra człowieka ulega poparzeniu, obserwuje się również tzn. fotostarzenie objawiające się powstawaniem zmarszczek i przebarwień. Naturalne promieniowanie UV, którego źródłem jest światło słoneczne może nawet wywoływać powstawanie mutacji genetycznych i w efekcie nowotwory (np. czerniak skóry). Również tkanki roślin mogą ulec uszkodzeniom w wyniku nadmiernego oddziaływania promieniowania słonecznego, określanego mianem stresu świetlnego.
Badania naukowe wykazały, że nadmierne nasłonecznienie przyczynia się do wzrostu stężenia reaktywnych form tlenu (ang. Reactive Oxygen Species, ROS) w chloroplastach - organellach komórkowych, w których przebiega proces fotosyntezy. W konsekwencji może dochodzić do oddziaływań cząsteczek ROS z białkami i lipidami występującymi w chloroplastach, prowadzących do nieodwracalnych uszkodzeń i w negatywny sposób wpływających na fotosyntezę. W szczególnych przypadkach może doprowadzić to do obumierania tkanek roślinnych, objawiającego się powstawaniem przebarwień i nekroz na liściach.
***
Mgr inż. Marlena Stawska realizuje pracę doktorską w grupie badawczej SeedExplorerGroup, w Katedrze Fizjologii Roślin na Wydziale Rolnictwa i Biologii, Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie. Opiekunem naukowym w/w prac eksperymentalnych jest dr Krystyna Oracz - lider zespołu badawczego SeedExplorerGroup (www.seedexplorer.eu), w którym badane są między innymi interakcje szlaków sygnałowych indukowanych przez światło i reaktywne formy tlenu podczas kiełkowania nasion. Prace eksperymentalne prowadzone w SeedExplorerGroup dotyczące w/w zagadnień finansowane są m.in. przez grant naukowy PRELUDIUM12 Narodowego Centrum Nauki (nr 2016/23/N/NZ3/02239).
