10 botaniske observasjoner som kan endre verden

Når det kommer til store vitenskapsnyheter, ser det ut til at botanikkfeltet, biologien som omhandler plantelivet, alltid ser ut som en sjenert barn som blir utelatt. Folk ser ut til å ha et bilde av botanikere som inkluderer adorably eldre glorifiserte gartnere som kneler i jorden med små spader mens planting blomster.

Men botanikk er faktisk i forkant av vitenskapen. Feltet bidrar til å informere og forme de mer sexy feltene som får alle kameraene og oppmerksomhet som genetikk, bioteknologi, paleontologi og klimaendringer. Det er imidlertid mange botaniske observasjoner som lover å forandre verden i dag.

10Fungi kan øke avkastningsavkastningene

I 2014 lærte forskere hvordan de symbiotiske forholdene som planter smi sammen med sopp skal brukes for å øke avlingene, samtidig som de bruker mindre gjødsel.

Forskere har lenge kjent at de fleste planter bruker gunstige sopp i jorda rundt dem for å produsere mycorrhizae (sopprotter). Disse soppene har langtrekkende filamenter som kalles hyphae, som kan nå næringsstoffer som plantens egne røtter ikke kan. Dette forholdet hjelper planter å samle disse næringsstoffene mer effektivt.

Nå har et forskergruppe, ledet av Dr. Michael Schultze fra Biologisk institutt i York i England, oppdaget et protein (kjent som en "protonpumpe") som fungerer som grensesnittet mellom soppene og planterotcellene. Dette tillater næringsstoffer å overføre til anlegget. Denne observasjonen ble publisert i tidsskriftet Plantecellen som er produsert av American Society of Plant Biologists.

Dr. Schultze har uttalt at den mycorrhizae-spesifikke protonpumpen ville være en måte for planteoppdrettere å øke avkastningsutbyttet, samtidig som man reduserer bruken av gjødsel, ved å utnytte den naturlige økningen i næringsinntektene. Mineral gjødsel er en beryktet kilde til miljøproblemer. De kan føre til jorderosjon og forurensning av grunnvann med nitrater og fosfater. Høye nivåer av nitrater er farlige for menneskers helse. Fosfatforurensning fører til alger overgrowth som alger dør og leech oksygen ut av vannet som det brytes ned - en prosess som kalles eutrofiering.

9 Viktige fordeler med korn-utover skadedyrsbestandighet

Bt mais (behandlet med bakteriene Bacillus thuringiensis) er det velkjente genetisk modifiserte kornsortet som er avlet for å være motstandsdyktig mot maisrotorm. Disse midwestern amerikanske skadedyrene ødelegger avlinger i både larval og voksenbilleform. Kornrotormer koster dyrkere oppad på $ 1 milliard per år.

Bt mais beskytter seg ved å produsere et plantevernmiddel kalt BT (som er et bakterielt giftstoff) i seg selv. Dette reduserer behovet for at kornet sprøytes med plantevernmidler. Foruten de åpenbare fordelene har forskerne funnet at Bt mais ofte overskrider forventningene og gir større avkastning enn forventet.

I 2012 publiserte Fred Below og Jason Haegele fra University of Illinois i Urbana-Champaign en undersøkelse som fastslår at Bt mais øker utbyttet ved å øke nitrogeninntaket samtidig som det øker effektiviteten av nitrogenbruk. Ved å ikke investere i dyre strategier for å beskytte mot skadedyr, finner plantene seg fri til å utvikle mer sunne og aktive rotsystemer som fører til økt produksjon rundt.

Bt mais lover også å dra nytte av forskere som forsker rotsystemer. Store populasjoner av planter som vokser tett sammen - som planteplanter - kan produsere store nettverk av rotsystemer hvis disse røttene er beskyttet mot skadedyr. Dette gir forskere et større reservoar av ressurser til å jobbe med når man prøver å forstå hvordan rotssystemer fungerer. Dette kan igjen føre til nye fruktbare veier for forskning og utvikling.

8Roboter inspirert av planter

Forskere fra et EU-finansiert prosjekt på Istituto Italiano di Tecnologia jobber med en rekke avanserte robotprosjekter inspirert av det som synes å være en usannsynlig kilde: planteliv.

Barbara Mazzolai er koordinator for FP7-PLANTOID-prosjektet, som tar sikte på å designe og prototype maskinvare- og programvareløsninger innen robotteknologi inspirert av planter. Dette inkluderer hvordan de beveger seg, føler verden, og til og med måten deres røtter vokser. Mens mange ser planter som passive organismer som gjør nesten ingenting, flytter planter faktisk. Mange ganger er denne bevegelsen på "ekstremt effektive måter."

Gruppen har utviklet en generell prototype som tar sikte på å benytte seg av måtene som planter samhandler med verden. Den har en 3-D trykt koffert og lar det fornemme ting som temperatur, tyngdekraft og fuktighet. Den har også et rotsystem som vokser og endrer retning etter behov. Dette er første gang forskerne har sett på planter for å løse robotbaserte problemer.

Mazzolai og hennes team håper til slutt å bruke dette arbeidet på felt som er så forskjellige som jordbruk, medisin og romforskning. De forestiller fremtidige roboter som kunne bli droppet på en fremmed verden der de ville implantere seg og bruke sensoriske opplysninger for å tilpasse seg vanskelige omgivelser. En annen mulighet er å skape fleksible endoskopiske kirurgiske roboter som kan reise gjennom menneskekroppen.

PLANTOID-prosjektet støttes med € 1,6 millioner i finansiering fra EU og forventes ferdig i 2015. Teamet jobber for tiden med en mer avansert prototype med flere evner. De håper å utvikle en modell som bruker sitt ytre miljø for å tegne energi og smartere roboter som kan lære av miljømessige tegn og ta beslutninger basert på dem. Du kan følge prosjektets fremgang og lære mer her.

7Desert gårdsteknikker

Nylig forskning på ørkenoppdrettsteknikker har ført til nye observasjoner om hvordan planter forener relasjoner med bakterier for å fremme vekst. Dette har viktige potensielle applikasjoner.

I en studie fra 2012 publisert i PLOS ONE, brukte forskere en tørkefølsom pepper plante (Capsicum annuum L.) og fokusert på organismer som vokste rundt det under tørkeforhold. De gjorde dette ved å dissekere rotsystemer og sampling både kultivert og ujevnt jord.

De oppdaget at bakteriene rundt plantene ble beriket, da de ble utsatt for tørkeforhold, og kjørte planter så mye som en 40 prosent økning i fotosyntese og biomasseproduksjon.

Jo flere plantebiologer studerer måtene som planter samhandler med organismer som vokser rundt dem, desto mer er det fornuftig å snakke om planter som en "meta-organism" der mikrobiomet rundt det er like mye en del av det hele som selve anlegget. I en verden der klimaendringer og voksende menneskelige befolkninger vil legge stor vekt på vanntilgjengelighet og mengden jord som kan brukes til landbruk, vil denne undersøkelsen hjelpe oss ved å beholde høye avkastningsutbytter ved å bruke minimal vanning.

6Seaweed Farming

Som alger blomstrer nær strender og forstyrrer økosystemer, har alger vært en økende miljøhensyn i en stund. Det er sett av mange som en plage og et problem vi må utrydde.

Men en gruppe forskere er ikke enig. De sa: "I vår forskning setter vi argumentet på hodet og ser alger som en ressurs. Vi samler overflødige alger langs kysten og dyrker nye alger ute på sjøen. "Hvorfor skulle de gjøre dette?

Fredrik Grøndahl, leder av Seafarm-prosjektet ved KTHs kongelige institutt for teknologi, håper å bruke alger som en billig og rikelig kilde til mat, medisin, plast og biodrivstoff. Mennesker bruker nesten 40 prosent av produksjonen fra landbaserte økosystemer, men bare ca 1 prosent av hva havet kan produsere.

Den overdrevne befruktningen av våre hav på grunn av menneskelig aktivitet, kalt eutrofiering, resulterer i å skape for mye alger, og for å gjøre ting verre, det vi produserer fra havet, er for det meste utnyttende. Noen fiskemetoder, inkludert trawling, ødelegger havene. Trawling dreper tusenvis av levende ting som aldri blir brukt for å få den fisken som trålere vil ha. Å bruke potensialet til alger kan forandre alt dette. Dens verktøy er utrolig og nesten helt oversett i de fleste vestlige kulturer.

Alger inneholder vitaminer, aminosyrer og mineraler. Det kan spises lett eller brukes til å produsere krydder og oljer. Det kan også erstatte mer miljøskadelige former for fôr. Brown alger kan produsere tre ganger mengden sukker som finnes i sukkerroer.

Grøndahls Seafarm-prosjekt vokser alger på fat og høster dem deretter på land, hvor de videre behandles gjennom bioraffinering. Hans gård, og andre prosjekter som den, har stort potensial til å forandre verden.

Andre nasjoner har brukt alger for en stund. Mange deler av Asia, spesielt Japan, har brukt det i århundrer. Irland, en nasjon med en lang tradisjon for bruk av tang, har utviklet omfattende alger dyrking prosjekter siden 2010. I 2011 begynte Norge lignende prosjekter. Så, kanskje de sjø gårder forutsatt av science fiction forfattere og futurists er endelig på vei.

5Ny svampobservasjoner kan føre til forbedrede soppdrepende midler

En ny studie fra forskere ved University of Exeter i England, publisert i oktober 2014-utgaven av Naturkommunikasjon, viser mekanismen der de fleste patogene svampe unngår immunsystemene til plantene de angriper. Dette funnet lover å føre til en helt ny generasjon fungicider.

Biosciences Professor Gero Steinberg fra UOE har påpekt at patogene sopp har stort potensial for å forstyrre verdens mattrygghet og koster allerede milliarder dollar i skade. Han sa, "Faktisk er tap av hvete, ris og mais til sopppatogener, årlig, det samme som det årlige forbruket av US Department of Homeland Security - noen $ 60 milliarder kroner."

Det viser seg at de fleste patogene sopp injiserer en plante med effektorproteiner som gjør det mulig å omgå automatiske immunsystemsvar og komme inn i planteceller. Svampene bruker signalorganeller som kalles tidlige endosomer, som beveger seg mellom soppcellens kjernen og invasjonspunktet. De fungerer som budbringere og leverer proteiner som gir svampen trygt å komme seg inn i planten.

Ved å lære hvordan å deaktivere denne prosessen, bør forskerne kunne levere nye fungicider som behandler sykdommen før soppen får sjansen til å gjøre sitt skitne arbeid. Nåværende fungicider blir ofte raskt gjort ineffektive av patogene sopp fordi deres hurtige veksthastigheter hjelper dem med å tilpasse seg raskt til anti-soppbehandling.

4Human Gut Microbes kan gi plantebiobrenser

For å kunne bruke planter som biodrivstoff, trenger forskere en måte å effektivt bryte ned en plantes cellevegger. Tradisjonelt gjør de dette ved å bruke visse mikrober som har den nyttige egenskapen til å gjøre nettopp det. Sannsynlige kandidater inkluderer mikrober som eksisterer i ku-romens og termitmutter.

Men i en 2014 studie i Prosedyrene ved det nasjonale vitenskapsakademiet, Professor Isaac Cann fra University of Illinois og hans team av forskere mener at de har funnet en bedre kandidat - i menneskets tarm på alle steder.

Studien bekrefter en tidligere hypotese at tarmmikrober hos mennesker har evne til å fordøye fiber og omdanne det til sukkerarter som i sin tur gir næringsstoffer som menneskelige celler bruker. Disse samme sukkene kan mates til gjær for å generere etanol og andre flytende brensel. To av mikrober funnet i mennesker-Bacteroides intestinalis og Bacteroides ovatus- synes å være mer effektiv ved å bryte ned komplekse plantefibre enn de som finnes hos kyr.

Foruten å ha viktige implikasjoner for menneskers helse, kan denne oppdagelsen til stor nytte for biodrivstoffindustrien, som igjen kan gi oss alle muligheter til å høste store miljøfordeler.

3Trees som kan øke bioproduksjonen

Forskere fra Senter for plantebioteknologi og genomforskning har utviklet en ny form for bioteknologi: En teknikk for å øke biomasseproduksjonen av en skogplantasje uten å endre et tres vekst, sammensetning eller anatomi. Ikke bare øker den samlede produksjonen av trær uten å øke trærnes etterspørsel etter mat, det gjør det på måter som kan dempe effekten av global oppvarming og øke energisikkerheten ved å muliggjøre langt større treproduksjon i samme mengde plass.

De gjorde det gjennom en teknikk som modifiserer uttrykket av visse gener som er ansvarlige for en prosess som kalles "syleptisk forgrening" i trær, noe som øker antallet grener, størrelsen på bladområdet og den generelle veksten. Forskerne hevder at deres teknikk kan potensielt fungere på noen treaktige plantearter.

På grunn av potensielle bruksområder til bioenergisektoren og energimarkeder, har prosessen blitt patentert.

2Sound Vibrations kan snart Boost Harvests

I Europa har mange land omfattende plantevernmidler forbudt. Dette legger press på forskere for å finne alternative metoder for kontroll av skadedyr. Kan det være mulig å en dag erstatte mange av verdens plantevernmidler med et lyd- og lukt-basert insektkontrollsystem? Forskere i Italia tror det.

Ilaria Pertot og et team av EU-forskere som jobber med PURE-prosjektet har eksperimentert med lydvibrasjoner og feromoner for å forstyrre parringens oppførsel av den europeiske druemossmot og cicadas Scaphoideus titanus-to vanlige drue skadedyr

Med druer alene som står for 38 prosent av bruk av plantevernmidler i hele Europa, er det lett å se hvordan denne undersøkelsen kan ha enorme miljøfordeler selv om det viser seg ikke å ha utbredt brukbarhet.

Forskerne hevder at metodene de utvikler, basert på studien deres, er like effektive, om ikke mer enn, bruk av kjemiske plantevernmidler, og kan erstatte dem helt og holdent.

1Chinese Plant Diversity Crucial til Global Food Security

Vesten har hatt noen grunner til å misunne Kina de siste årtier, og det kan godt ha en annen. Et botanisk team fra University of Birmingham i England, sammen med partnere fra Kina, hevder at den enorme mengden plantediversitet i Kina kan være avgjørende for global mattrygghet i fremtiden.

Kinas flora omfatter over 20.000 høyere plantearter. Forskerne identifiserte 871 av disse innfødte artene som er kjent som avlinger av villige slektninger (CWR). De kalles dette på grunn av deres genetiske potensial til å tilpasse og bidra til å opprettholde 28 viktige globale avlinger (som ris, hvete, soyabønner og mange andre). Noen er vant til å hjelpe avlinger planter forbedre motstand mot kulde eller gi motstand mot toksiner. Andre har forbedret tørkebestandighet eller bedre næringsegenskaper som proteininnhold. To og åtti prosent av dem forekommer ingen andre steder i verden.

Det er imidlertid ikke alle gode nyheter. Forskerne fant også at minst 17 prosent av disse enormt verdifulle artene er i fare for utryddelse og krever umiddelbar oppmerksomhet. I mellomtiden, med en database over alle arter som er fullført, er det på vei for å begynne å bevare arten i genbanker for å beholde sine verdifulle egenskaper.

Verden begynner bare å innse betydningen av CWRer og andre ville planter i kampen for å redusere effekten av global oppvarming og sikre jordbruksøkonomisk stabilitet. Forsker Shelagh Kell sa at politikken som er involvert, er utrolig kompleks, og at "det må haster oppmerksomhet til Kinas CWR for å sikre at de er tilstrekkelig bevart, slik at dette mangfoldet er tilgjengelig for bruk i avlinger for forbedringsprogrammer før det går tapt for alltid. ”