Roślinne tratwy wdzięcznie wkomponowują się w krajobraz i na pierwszy rzut oka niewiele różni je od innych roślin wyrastających wokół zbiornika wodnego. Ten kamuflaż skrywa jednak niezwykle pracowitych czyścicieli, których w wysiłkach wspierają mikroskopijni sprzymierzeńcy. Czy ta współpraca może być skutecznym sposobem na walkę z zanieczyszczeniem wody?

Dr Magdalena Noszczyńska

Pomysł, by wykorzystać organizmy żywe do oczyszczania środowiska, nie jest nowy, a w dodatku kolejne badania pokazują, że – w zależności od wykorzystanego gatunku rośliny i rodzaju bakterii – może to być niezwykle efektywny i bezpieczny sposób radzenia sobie z neutralizowaniem toksycznych substancji trafiających do naszego otoczenia. Wśród osób badających możliwości tego roślinno-bakteryjnego sojuszu jest dr Magdalena Noszczyńska z Wydziału Nauk Przyrodniczych UŚ, która realizuje projekt pt. „Czy rośliny i bakterie potrafią współpracować ze sobą przy usuwaniu bisfenoli z wody?” w ramach konkursu „Swoboda badań” (Inicjatywa Doskonałości Badawczej). Choć wciąż trwają analizy pozyskanych danych, już teraz wiadomo, że wyniki są niezwykle obiecujące.

Indywidualizm czy współpraca?

Prace w ramach konkursu „Swoboda badań” nie były pierwszymi, w których biolożka sprawdzała wpływ roślin i bakterii na oczyszczanie środowiska. Już wcześniej udało się dowieść, że przy wykorzystaniu trzciny pospolitej oraz bakterii wyizolowanych z jej ryzosfery (przestrzeni przylegającej do korzenia rośliny i obejmującej glebę wraz z komórkami kory) da się stworzyć sprawnie działający układ.

– Trzcina, którą wówczas pozyskaliśmy, porastała zalew w Nowym Chechle. U pobranych bakterii zdefiniowaliśmy cechy promujące wzrost roślin i dopiero na tej podstawie wybraliśmy odpowiednie dla całego eksperymentu szczepy – mówi dr Magdalena Noszczyńska.

Wówczas jednoznacznie można było stwierdzić, że bakterie pozytywnie wpłynęły na rośliny poprzez obniżenie stresu oksydacyjnego. Tymczasem podczas prac przy „Swobodzie badań” równie korzystnego związku nie udało się dotąd potwierdzić. W tym drugim przypadku wykorzystano w badaniach porastającą ląd życicę trwałą, co okazało się innowacyjnym podejściem. Trawa ta jednak, czego dowodzą zebrane dane, okazała się samowystarczalna, chociaż do pomocy miała dokładnie te same bakterie co wspomniana trzcina. Jak tłumaczy biolożka, zarówno w próbach obejmujących samą życicę, jak i w tych powiązanych z bakteriami obserwowano równie wysoką efektywność przy oczyszczaniu wody, co wskazuje, że rośliny doskonale poradziły sobie same.

– Nie widzieliśmy różnic, jeśli chodzi o parametry fizjologiczne, gdzie ocenialiśmy poziom stresu oksydacyjnego. Zostały nam jeszcze jednak do wykonania analizy molekularne, więc być może na tym etapie dostrzeżemy jakieś różnice – dodaje ekspertka.

Badanie współpracy roślin – trzciny – z bakteriami

To o tyle zaskakujące, że bakterie rzeczywiście potrafią być potężnym sojusznikiem roślin. Dzięki ich zdolności np. do produkcji biosurfaktantów czy formowania biofilmu (cienkiej, lepkiej błony) na powierzchni korzeni ułatwiają poprawianie jakości wody i umożliwiają rozpad pozostających w niej szkodliwych związków. Dodatkowo mogą wspierać wzrost rośliny przez wydzielanie hormonów pobudzających rozwój systemu korzeniowego.

Wytrwali czyściciele

Celem projektu ze „Swobody badań” było sprawdzenie, czy rośliny i bakterie będą zdolne do usuwania bisfenoli ze ścieków. Te szkodliwe związki chemiczne, które powiązano z rozwojem m.in. nowotworów piersi, prostaty czy tarczycy, są powszechnie wykorzystywane w produkcji tworzyw sztucznych. Do doświadczeń prowadzonych na Uniwersytecie Śląskim wykorzystano surowe ścieki z oczyszczalni Klimzowiec w Chorzowie. Dr Magdalena Noszczyńska stworzyła układy badawcze w postaci specjalnych mat wypełnionych przesianą glebą, na której wysiano nasiona życicy. Po osiągnięciu przez roślinę odpowiedniej wysokości – co następowało po około 3–4 tygodniach – rozpoczynano eksperyment. Układ był stale napowietrzany i uzupełniany o immobilizowane bakterie, zdolne do promowania wzrostu roślin.

– Na początku system korzeniowy był niewielki. Obserwacje poczynione na koniec doświadczenia w układzie kontrolnym również wskazywały na niski rozrost systemu korzeniowego. Natomiast tam, gdzie rośliny miały kontakt ze ściekami, system korzeniowy był znacznie większy, co prawdopodobnie spowodował mechanizm ochronny rośliny próbującej dotrzeć do czystszych miejsc w wodzie – wyjaśnia biolożka.

W wyniku badań udało się oczyścić ścieki w bardzo dużym stopniu i zarejestrowano znaczący spadek azotu czy chemicznego i biologicznego zapotrzebowania na tlen, będący dowodem na skuteczność roślin w przywracaniu dobrej jakości wody. Całkowicie usunięte zostały bisfenole. Jednocześnie nie udało się dowieść udziału bakterii w całym procesie. Jak już wcześniej wspomniano, w tym konkretnym przypadku życica okazała się samowystarczalna.

Jeden z układów badawczych w postaci specjalnych mat wypełnionych glebą, na której wysiano nasiona życicy. Pozwalał ocenić rozwój systemu korzeniowego

Obecnie dr Magdalena Noszczyńska wspólnie z doktorantką Julią Borówką przygotowują się do kontynuacji eksperymentu, aby sprawdzić, czy być może inny rodzaj bakterii sprawdziłby się lepiej jako wsparcie dla życicy trwałej. Trwają już prace nad oceną cech promujących wzrost rośliny i ułatwiających degradowanie bisfenoli. Na utworzenie nowych układów badawczych i ich analizę naukowczyni otrzymała grant z Narodowego Centrum Nauki (OPUS 25). Projekt, którego została kierowniczką, nosi nazwę „Wielopłaszczyznowe relacje pomiędzy bakteriami a roślinami w trakcie fitoremediacji ścieków ko-zanieczyszczonych bisfenolem F i S”.

Dryfujące tratwy

Do tej pory testy prowadzone były w całości w warunkach laboratoryjnych, a układy badawcze mieściły się w 30-litrowych pojemnikach, w specjalnych hodowlanych pokojach. Biolożka myśli jednak nad rozszerzeniem skali doświadczenia i przywołuje już stosowane w niektórych oczyszczalniach rozwiązania oparte właśnie na wykorzystaniu roślin.

– Te tzw. pływające tratwy (po angielsku znane jako floating treatment wetlands) to systemy niestosowane jeszcze na szeroką skalę. Składają się ze swego rodzaju mat, w których wycina się otwory, a w nich umiejscawia roślinę, której system korzeniowy pozbywa się chemikaliów – tłumaczy specjalistka. Dodaje przy tym, że w Polsce przede wszystkim wciąż stosuje się system oczyszczania wody oparty na osadzie czynnym bądź złożach biologicznych, ale te nie są przystosowane do oczyszczania wody z mikrozanieczyszczeń, które obecnie występują w środowisku na dużą skalę i pozostają wysoce szkodliwe.

Po zakończeniu eksperymentów prowadzonych na Uniwersytecie Śląskim wykorzystane rośliny zostały zutylizowane, ale dr Magdalena Noszczyńska tłumaczy, że zamysł polega na tym, aby zasadzone w taki sposób gatunki pozostały w środowisku i kontynuowały naturalne oczyszczanie wody. Jak pokazują analizy badaczy z UŚ, w stosowaniu metod z użyciem roślin i bakterii drzemie spory potencjał, a dalsze poszukiwania lepszych i wydajniejszych gatunków w tym procesie zapowiadają się niezwykle obiecująco.