Can the Fern That Cooled the Planet Do It Again?

Pięćdziesiąt pięć milionów lat temu, kiedy naukowcy uważają, że Ziemia była w stanie bliskim ucieczki, niebezpiecznie przegrzana przez gazy cieplarniane, Ocean Arktyczny był również zupełnie innym miejscem. Było to duże jezioro, połączone z większymi oceanami przez jeden podstawowy otwór: Morze Turgajskie.

Gdy ten kanał zamknął się lub został zablokowany prawie 50 milionów lat temu, zamknięty zbiornik wodny stał się idealnym siedliskiem dla drobnolistnej paproci o nazwie Azolla. Wyobraźmy sobie Arktykę jak dzisiejsze Morze Martwe: Było to gorące jezioro, które rozwarstwiło się, cierpiąc z powodu braku wymiany z wodami zewnętrznymi. Oznaczało to, że jego wody były obciążone nadmiarem składników odżywczych.

Azolla skorzystała z obfitości azotu i dwutlenku węgla, dwóch jej ulubionych pokarmów, i rozkwitła. Duże populacje utworzyły grube maty, które pokryły ciało jeziora. Kiedy opady deszczu zwiększyły się na skutek zmieniającego się klimatu, powodzie zapewniły cienką warstwę słodkiej wody dla Azolli, która rozpełzła się na zewnątrz, na części otaczających kontynentów.

Azolla kwitła i umierała w ten sposób w cyklach przez około 1 milion lat, za każdym razem kładąc dodatkową warstwę grubego koca osadów, który został w końcu znaleziony w 2004 roku przez Arctic Coring Expedition.

Fakt, że paproć potrzebuje tylko trochę ponad cal wody pod nią, aby rosnąć sprawia, że cały scenariusz wydaje się być w granicach rozsądku – to jest, dopóki nie dowiesz się, ile węgla ta głodna dwutlenku węgla roślina wyssała w ciągu tych milionów lat.

„Około połowy CO2 dostępnego w tym czasie”, powiedział Jonathan Bujak, który bada pył i drobne cząstki roślin jako palinolog. „Poziomy spadły z 2500-3500 do 1500-1600 ppm. „*

Podczas gdy to, co zakończyło erę Azolla pozostaje niejasne, następne 49 milionów lat widziało, jak Ziemia wpada w cykl, który przyniósł jeszcze bardziej drastyczne spadki poziomów CO2.

Południowe kontynenty rozpadły się, a gdy Ameryka Południowa i Indie migrowały na północ, Antarktyka stała się odizolowana i coraz zimniejsza, pochłaniając więcej CO2 i tworząc efekt przenośnika taśmowego zimnego powietrza, który utrwalił lód. Sukcesja epok lodowcowych została wywołana, gdy CO2 w atmosferze spadło poniżej 600 ppm około 2,6 miliona lat temu, zaledwie 200 ppm nieśmiało w stosunku do obecnych szacunków Ziemi.

Cykliczne epoki lodowcowe rozpoczęły się, obracając się między 100 000 lat masywnych lodowców, po których następowały 10 000-letnie przerwy. Do połowy XVIII wieku poziom CO2 wynosił 280 ppm.

Znalezienie nowoczesnych zastosowań dla bohaterskiej rośliny
„To, co jest naprawdę niezrozumiałe”, powiedział Bujak, „to fakt, że poprzedni proces chłodzenia naszej planety i spadku CO2 trwał 50 milionów lat. Teraz możemy odwrócić ten proces w ciągu kilku stuleci.”

To, co wiadomo o prawdziwym funkcjonowaniu wewnętrznym Azolli, może nadal tylko skąpać powierzchni, ale ludzie na całym świecie, tacy jak Kathleen Pryer, profesor z Duke, która finansuje genom paproci, nadal znajdowali kreatywne sposoby na zbadanie jej możliwości. Alan Marshall, były radiolog mieszkający na Tasmanii w Australii, jest tylko jednym z przykładów naukowca-obywatela, który wierzy, że Azolla może pomóc naszej planecie w osiągnięciu lepszej równowagi.

Po dwuletniej pracy jako wolontariusz radiologa medycznego w Afryce Wschodniej, Marshall zaczął dostrzegać, że postęp technologiczny nie zawsze wiąże się z dużymi kosztami. Zaczął szukać sposobów, aby zastosować to, co on odnosi się do tego jako alternatywne, odpowiednie technologie.

„’Alternatywne’ oznacza zamiast przemysłowej, drogiej technologii, która może być dostępna tylko tam, gdzie masz personel techniczny, zatrudniasz prostsze, lokalnie dostępne środki do wykonania tej samej pracy,” Marshall powiedział. 'Odpowiedni’ bierze pod uwagę to, co lokalni ludzie zaakceptują pod względem swoich potrzeb, tradycyjnych i religijnych poglądów, umiejętności technicznych, itp.”

Marshall szukał metody oczyszczania wody szarej w swoim domu, wody z umywalki lub wanny, tak aby mogła być używana w jego ogrodzie, kiedy natknął się na Azolla.

„Odwiedzając ogród sąsiadki, zauważyłem różowawy chwast rosnący na powierzchni jej stawu, zabrałem próbkę do domu i zbadałem ją w Internecie,” powiedział Marshall. „Ustalając, że był to gatunek Azolli i że może on usuwać fosforany i azot z wody, poczułem, że to może pomóc.”

Zaczął eksperymentować z Azollą jako częścią systemu filtrującego i blogować o swoim projekcie z innymi entuzjastami Azolli i alternatywnych technologii. Marshall wymyślił trzyczęściowy system filtrów, który jest skuteczny w usuwaniu zapachu z wody szarej, ale nie w usuwaniu patogenów i wirusów. Dlatego właśnie profesjonaliści są naprawdę potrzebni w tej dziedzinie, aby wkroczyć i poprowadzić dalszą pracę, powiedział.

Jedz swoją Azolla. To dobre dla Ciebie
Inni eksperymentowali z jadalnym aspektem Azolli, w tym Andrew Bujak, szef kuchni i syn Jonathana Bujaka. Andrew Bujak uprawia ją w swoim domu w Kanadzie. Początkowo zainteresowany koncepcją slow food, włoskim ruchem powstałym w opozycji do rosnącego wpływu sieci fast-food, takich jak McDonald’s Corp., Bujak dostrzegł osobiste zastosowanie dla Azolli.

„Zdałem sobie sprawę, że jest to nie tylko dobre źródło pożywienia, ponieważ jest pożywne i praktycznie pozbawione smaku, ale może być uprawiane przez każdego w dowolnym miejscu na świecie. Jest to dość łatwe do znalezienia, albo online lub w sklepach sprzedających akwaria. Wystarczy dodać wody, dosłownie” – powiedział ze śmiechem Bujak. Kiedy poproszono o opisanie smaku paproci, Bujak porównał ją do źdźbła trawy.

Azolla rosła nie tylko w Kanadzie, ale prawie wszędzie na świecie, powiedział Bujak, więc przystosowała się do wielu różnych regionów i klimatów w sposób naturalny. To sprawia, że ludzie mogą ją po prostu zbierać i wykorzystywać.

„Może jesteś drobnym rolnikiem w Albercie i chcesz obniżyć koszty i zostawić mniejszy ślad węglowy”, powiedział Bujak. „Uprawiaj Azollę i bum, masz teraz wartościowy nawóz, źródło pożywienia dla zwierząt hodowlanych i coś do jedzenia dla siebie.”

Dodał, że Azolla może być również superżywnością przyszłości, zarówno ze względu na swoje wartości odżywcze, jak i ze względu na to, jak mało ziemi wymaga.

„Nawet jeśli uprawialiśmy ją jako rośliny uprawne, nie marnowałaby innych ziem uprawnych. To byłoby po prostu dodane do istniejących systemów, takich jak jest teraz używany w bogatych uprawach ryżu,” Bujak powiedział. „W warunkach, gdy przestrzeń dla wzrostu żywności jest bardzo ograniczona, Azolla oferuje wiele wartości odżywczych na małej przestrzeni. Pracowano nawet nad jej wykorzystaniem w przestrzeni kosmicznej!”

Bujak powiedział, że jego następnym projektem jest odtworzenie nori, sprasowanych suszonych arkuszy wodorostów, przy użyciu paproci. Obecnie, Azolla może być sprzedawana jako nutraceutyk w Kanadzie, w kapsułkach i proszku twierdząc, że jest przeciwutleniaczem i przynosi ogólne korzyści zdrowotne, ale nie została jeszcze zatwierdzona w Stanach Zjednoczonych. Bujak zasugerował, że prawdopodobnie nie minie dużo czasu zanim Azolla zostanie zatwierdzona przez granicę, biorąc pod uwagę osiągnięcia paproci.

„Ta roślina jest tak niesamowita na każdym poziomie,” powiedział. „Nie byłbym zaskoczony niczym, do czego byłaby zdolna.”

Chiny stają się paprociowo szczęśliwe
Dwa tygodnie temu, Beijing Genomics Institute, lub BGI, właściciel najbardziej wyrafinowanych platform sekwencjonowania na świecie, zgodził się podjąć projekt Pryera, aby sfinansować mapowanie genomu Azolli. W ciągu zaledwie roku, tajemnice przeszłości paproci i pełne zastosowania dla przyszłości mogą stać się danymi o otwartym dostępie.

Gane Ka-Shu Wong, jeden z założycieli BGI, który również uczy na kanadyjskim Uniwersytecie Alberty, powiedział, że nieortodoksyjne początki grupy w pewien sposób pasują do schematu Pryera. Podczas pracy nad projektem ludzkiego genomu w późnych latach 90-tych, Wong czuł, że proces nauki stał się zbyt zinstytucjonalizowany.

„System nagród w typowym rządowym lub uniwersyteckim laboratorium jest zdecydowanie zbyt skoncentrowany na jednostce, a nie na zespole”, powiedział Wong. Wiążąc się z innymi naukowcami, którzy czuli się podobnie, Wong szukał miejsca, w którym mogliby otworzyć swoje drzwi.

„Zdecydowaliśmy, że jeśli chcemy zmienić tę kulturę, musimy udać się do miejsca, w którym praktycznie nie mieliśmy konkurencji w tym czasie”, powiedział Wong. „W latach 90-tych jedno miejsce było bardzo, bardzo różne od dzisiejszego – to miejsce to Chiny.”

Wiedząc, że ludzki genom ma zostać złamany, zespół szybko założył sklep za granicą. Ku wielkiemu szokowi swoich rówieśników, udało im się ukończyć swój 1-procentowy wkład w projekt na czas.

„Udowodniliśmy, że możemy to zrobić, więc szybko się skalowaliśmy. Rząd się zainteresował, prywatne firmy się zainteresowały i nagle staliśmy się masywni”, powiedział Wong.

Teraz dostarczając testy szpitalne i zaopatrzenie oprócz oferowania pełnego zakresu innych usług biologicznych, firma szybko zaczęła przynosić zyski.

„Zaczęliśmy wykorzystywać pieniądze z projektów komercyjnych do finansowania tego, co nazywamy 'zabawą nauką’,” powiedział Wong, odnosząc się do projektów, które przemawiają do naukowców tylko dlatego, że odpowiadają na pytania, niekoniecznie służąc funkcji ekonomicznej.

„Najważniejsze jest to, że jesteśmy grupą naukowców, którzy kochają robić naukę i chcą zarabiać na życie. Jak dotąd, to było całkiem udane,” Wong powiedział. „Naszym celem jest udostępnienie tych informacji tak, aby jak najwięcej osób miało do nich dostęp.”

BGI skupi się również na rozwikłaniu złożonych relacji pomiędzy Azolla i sinicami, które są jej bliskimi towarzyszami podróży, co BGI postrzega jako kluczowe dla przyszłych zastosowań paproci i rozszerzenia jej badań.

Inni, którzy pracują z Azolla od dziesięcioleci są zachwyceni tymi wiadomościami.

Przyszła fortuna dla chwastu?
„Ta wiedza da nam kontrolę nad Azolla w sposób, którego wcześniej nie mieliśmy”, powiedział Francisco Carrapico z Uniwersytetu w Lizbonie. „Możemy zwiększyć sekwestrację węgla i wiązanie azotu, lub przekazać właściwości Azolli innym roślinom. Znaleźliśmy nawet substancje chemiczne w Azolli, które zatrzymują podział komórek. Pytanie brzmi prawie co znajdziemy, czego Azolla nie może zrobić.”

Paproć ma jedną wadę, która zyskała paskudną reputację w części Europy i oznaczenie jako chwast w Ameryce Północnej. Azolla, jak większość alg, może tworzyć masywne zakwity, jak to miało miejsce 49 milionów lat temu w Arktyce, dławiąc życie poniżej.

Jednak nawet w tych przypadkach, Jonathan Bujak argumentował, „zakwit jest objawem”, zwykle z powodu wysokiego poziomu azotu.

Chociaż Pryer powiedziała, że jej motywacje do pracy nad Azollą były głównie akademickie, z pewnością widzi potencjał dla kapitalizmu wysokiego ryzyka, który może wyrosnąć wokół Azolli w przyszłości.

„Chcieliśmy genomu dla ludzi, przez ludzi”, powiedziała Pryer z uśmiechem. Jednak inni uważają, że praca Pryera może przynieść coś więcej niż tylko naukę akademicką, zastosowania środowiskowe lub przemysłowe.

„Azolla uświadomiła mi, że rzeczy w życiu są bardzo różne od tego, czego nas uczono”, powiedział Carrapico. „Życie jest jak Internet: Wszystko jest niewidzialnie połączone, ale tak często o tym zapominamy. Nie widzimy, jaki wpływ mamy na siebie nawzajem. Możemy spojrzeć na te połączenia i poprzez biologię zainwestować w zmiany, które poprawią świat, który po sobie zostawimy.”

Wysiłki finansowe na dalsze badania kończą się w środę, ale z pewnością nie będzie to ostatni rozdział sagi Azolla, opowieści, która rozpoczęła się na długo przed tym, jak ludzie zamieszkali na naszej planecie i, prawdopodobnie, będzie kontynuowana długo po tym, jak nas już nie będzie.”
*Korekta (7/16/14): ClimateWire edytował to zdanie po zamieszczeniu, aby poprawić błędne poziomy dwutlenku węgla podane w oryginalnej wersji.

Reprinted from Climatewire with permission from Environment & Energy Publishing, LLC. www.eenews.net, 202-628-6500

.