Nieuchwytni zabójcy drzew

Świat przyrody zdumiewa swą przewrotnością. Globalny ekosystem trzymają w garści nie najwięksi, najsilniejszy czy najinteligentniejsi, jak mogłoby się zdawać, ale mikroskopijni i niemi bohaterowie drugiego planu. Przez wieki żyli w ukryciu. Nieuchwytni dla oczu ludzi i zwierząt rozprzestrzeniali się w środowisku, a jedynymi śladami ich obecności były choroby i śmierć. Panowanie i bezkarność mikrobów przerwało odkrycie mikroskopu, które stało się punktem zwrotnym w tej nierównej walce. Pod koniec XIX w. Robert Koch (obok Ludwika Pasteura jeden z twórców mikrobiologii lekarskiej) postanowił zrobić użytek z podarowanego mu przez żonę prezentu – mikroskopu właśnie – i dzięki temu odkrył, a następnie opisał bakterie wywołujące m.in. wąglika, gruźlicę i cholerę. Udowodnił, że bakterie są czynnikiem chorobotwórczym, wskazując jednocześnie metodę zdolną do ich uśmiercenia – sterylizację.

Od czasów Kocha udało się zgromadzić sporo informacji na temat mikroorganizmów oraz metod walki z nimi. Opracowano m.in. szczepionki i antybiotyki, a kiedy już czuliśmy, że wygrywamy w międzygatunkowym wyścigu, na horyzoncie pojawił się wirus SARS-CoV-2, który pod znakiem zapytania postawił tezę o dominacji człowieka nad światem natury.

Należy jednak zaznaczyć, iż nie tylko ludzie borykają się z niewidzialnym wrogiem. Ofiarą mikroorganizmów padają bowiem przedstawiciele flory. Ewolucyjny wyścig zbrojeń, trwający setki tysięcy lat, pomógł w wytworzeniu odporności przeciwko najeźdźcom. Osobniki, którym udało się przetrwać, przekazywały genetyczne podłoże oporności następnym pokoleniom. Problem pojawił się wraz z początkiem globalizacji. Dzięki niej mikroby przeszły z walki podjazdowej do najgorszej i jednocześnie najskuteczniejszej formy ataku – z zaskoczenia. Mikroskopijni pasażerowie na gapę przemierzali setki i tysiące kilometrów, zwiększając zasięg swojego występowania. Pojawiali się nagle, zaskakując swoją obecnością rodzime gatunki roślin, które nie miały szansy wytworzyć przeciw nim mechanizmów obronnych. Przez to stały się łatwym łupem dla podróżnych z daleka. Globalny transport sadzonek drzew, krzewów, drewna i mebli – pozbawiony jakiejkolwiek kontroli mikrobiologicznej – sprowadził plagę na wiele gatunków roślin.

Wiązy jak zombi

Ze względu na pokaźne rozmiary (do 30 m) i kopulastą koronę wiązy stanowią schronienie dla wielu gatunków ptaków i owadów (zamieszkuje je ponad 80 gatunków bezkręgowców). Uzależniony od wiązu jest motyl ogończyk wiązowiec, którego larwy najpierw rozwijają się w pąkach kwiatowych, a później zaczynają żerować na liściach. To właśnie te majestatyczne drzewa zostały dotknięte jedną z najgorszych epidemii – tzw. holenderską chorobą wiązu (DED, ang. dutch elm disease), wywoływaną przez grzyby z gatunku Ophiostoma ulmi. Nazwę zawdzięcza ona holenderskim badaczom, którzy w dużej mierze przyczynili się do poznania mechanizmów infekcji. Dotknięte DED drzewa umierają szybko (w ciągu roku lub dwóch), choć zdarza się, że choroba przybiera charakter przewlekły i trwa nawet kilkanaście lat. W początkowym stadium więdną liście i zamierają pędy. Stopniowo, gałązka po gałązce obumiera całe drzewo. Zaraza szerzyła się na terytorium Wielkiej Brytanii w latach 70. ub.w. Jej skutki okazały się katastrofalne – w ciągu zaledwie dekady ponad 30 mln wiązów (90% całej populacji) zniknęło z powierzchni tego kraju. Najprawdopodobniej zarodniki grzyba przybyły do Wielkiej Brytanii wraz z drewnem sprowadzonym z Ameryki Północnej. DED szerzy się za pomocą żerujących pod korą wiązów chrząszczy – ogłodka wiązowca i ogłodka wielorzędowego. Zarodniki Ophiostoma ulmi, tzw. konidia, pokrywa śluzowata substancja, dzięki której z łatwością przyklejają się do ciała owada. Ten w trakcie swoich wędrówek roznosi konidia, zarażając kolejne drzewa.

Szczególnie narażone na inwazję grzyba było słynące z wiązów miasto Brighton, gdzie drzew tego gatunku jest ponad 17 tys. Gros z nich zostało posadzonych w czasach wiktoriańskich, kiedy miasto stało się nadmorskim kurortem. Władze i mieszkańcy stanęli jednak na wysokości zadania i ochronili swe lokalne dobro. Doglądano wiązów w poszukiwaniu oznak choroby, wycinano zainfekowane gałęzie, wyłapywano roznoszące zarodniki grzyba chrząszcze. Pomiędzy sąsiadującymi drzewami wykopywano rowy, by zapobiec transmisji choroby przez system korzeniowy. Wiązy w Brighton dzięki odpowiedniej opiece przetrwały inwazję grzyba, czego nie można powiedzieć o tych drzewach z innych części kraju. Według szacunków populacja wiązów poza tą miejscowością wynosi jedynie tysiąc sztuk. Największą obawę budziło dobro rosnących w Brighton wiązów Preston Twins, uważanych za najstarsze na świecie – zasadzono je ok. 400 lat temu. Obwód pni tych majestatycznych osobników sięgał 7 m. Bliźniaki przetrwały epidemię z lat 70., jednak gwałtowna burza w roku 2017 ujawniła dramatyczną kondycję jednego z nich. Ułamana gałąź odsłoniła wnętrze pnia, które okazało się puste niczym wydmuszka. Osłabione drzewo w 2018 r. padło ofiarą DED i w trosce o dobro bliźniaka zaledwie rok później zostało ścięte. Na razie drugi z braci ma się dobrze. Prężąc swe pokaźne konary, przypomina o panoszących się po świecie patogenach, które majestatycznych gigantów zamieniają w pozbawione życia zombi.

Zaraza kasztanowca

Stany Zjednoczone, początek XX w. Do kraju z Azji Północnej (Chiny lub Japonia) przybywa kontener załadowany sadzonkami ozdobnych japońskich kasztanowców. Na pokład oprócz roślin dostali się pasażerowie na gapę – grzyby Cryphonectria parasitica. Rodzime kasztanowce amerykańskie były wówczas dominującymi drzewami liściastych lasów wschodnich terenów Ameryki Północnej. Rychło jednak te majestatyczne organizmy (dorastające do 35 m) zostały pokonane przez grzyby, których zarodniki mierzą niespełna 10 µm. Patogen przemierzał kraj wraz z wiatrem, rozszerzając swój zasięg na setki tysięcy kilometrów. W efekcie ponad 40 mld kasztanowców zniknęło z powierzchni kraju, a grzyb nadal obecny w środowisku uniemożliwia odbudowanie populacji. W walce z patogenem mogą pomóc metody inżynierii genetycznej. Do genomu drzewa badacze wstawili gen oksydazy kwasu szczawiowego, pochodzący z pszenicy. Oksydaza stanowi naturalny mechanizm obronny wielu roślin, m.in. zbóż, bananów czy truskawek, przeciwko grzybom. Dzięki produkcji enzymu również kasztanowce mogą rozkładać i unieszkodliwiać produkowany przez grzyb toksyczny kwas szczawiowy. Wyniki badań wstępnych okazały się obiecujące – sadzonki GMO charakteryzowała zwiększona odporność na infekcję. Aktualnie rozpatrywany jest projekt ustawy umożliwiającej wykorzystanie modyfikowanych sadzonek w celu odbudowania populacji kasztanowców. Zwiększenie odporności u drzew próbuje się też uzyskać drogą naturalną, tworząc hybrydy z osobnikami odpornymi na infekcje.

Niby-grzyb

Lęgniowce ze względu na podobieństwo cech morfologicznych zaliczano niegdyś do grzybów. Dziś niespełna 800 gatunków tych organizmów klasyfikuje się w ramach odrębnego królestwa – chromistów – do którego przynależą m.in. glony. Pasożytnicze lęgniowce z rodzaju Phytophthora wywołują u roślin fytoftorozę. W historii zapisał się szczególnie gatunek Phytophthora infestans, odpowiedzialny za klęskę głodu w Irlandii w latach 1845–1849. Lęgniowiec wywołał zarazę ziemniaka, który był wówczas podstawowym źródłem pokarmu. W efekcie populacja kraju zmalała mniej więcej o 20% – część ludności wyemigrowała, a część zmarła z głodu.

Łupem lęgniowców padają też drzewa. W Stanach Zjednoczonych gatunek Phytophthora ramorum wywołał niespodziewaną i katastrofalną w skutkach chorobę określaną jako nagłe zamieranie dębów. Fytoftoroza zabija rośliny, atakując system korzeniowy. Dlatego przez długi czas jej objawy pozostają niezauważone. Wraz z rozwojem patogenu roślina stopniowo zostaje pozbawiona dostępu do wody i soli mineralnych. Lęgniowiec – choć atakuje na opak: od dołu do góry – zabija niezwykle efektywnie. Przekonali się o tym także Australijczycy. Zlokalizowany w zachodniej części tego kraju las Jarrah o wysokiej bioróżnorodności został zaatakowany przez Phytophthora cinnamomi, przybyłego z Azji Południowo-Wschodniej. Fytoftoroza zaatakowała i przetrzebiła populacje ponad 40 rodzimych gatunków roślin.

Wyścig z czasem

W przypadku pandemii kwestią kluczową jest błyskawiczna identyfikacja intruza. Dzięki temu możliwe jest podjęcie odpowiednich działań ograniczających rozprzestrzenianie się patogenu w środowisku. Niestety w przypadku drzew infekcja często rozwija się w systemie korzeniowym, utrudniając diagnozę. Co więcej, gdy pojawiają się objawy, na ratunek najczęściej bywa już za późno. Z tego powodu prowadzone są badania mające na celu opracowanie innowacyjnych, inteligentnych narzędzi do walki z patogenami w formie aplikacji mobilnych. Dzięki nim każdy obywatel dysponujący smartfonem może pomóc w ochronie drzew. I tak w Wielkiej Brytanii w ramach projektu The Great British Elm Search powstaje mapa wiązów, OakMapper w Stanach Zjednoczonych służy monitorowaniu chorych dębów, a Vigil’Encre we Francji odnotowuje chore kasztanowce. Badacze z University of Melbourne opracowali też wyspecjalizowany system, oparty na kamerze termowizyjnej i czujniku hiperspektralnym do identyfikacji drzew oliwnych zainfekowanych bakterią Xylella fastidiosa. Urządzenie, przelatując nad gajami oliwnymi, monitoruje subtelne zmiany w kolorze liści i ich temperaturze, wywołane obecnością bakterii. Charakteryzuje się przy tym 80-procentową dokładnością.

dr n. biol., tech. wet. Katarzyna Kornicka-Garbowska

Pracownik Katedry Biologii Eksperymentalnej Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu oraz prezes Międzynarodowego Instytutu Medycyny Translacyjnej. Prowadzi badania z zakresu medycyny regeneracyjnej, komórek macierzystych, zaburzeń endokrynologicznych oraz nutrigenomiki.

***

Rok roślin

Zgodnie z rezolucją Organizacji Narodów Zjednoczonych nr 73/252 rok 2020 został Międzynarodowym Rokiem Zdrowia Roślin. Jako ludzie jesteśmy od roślin całkowicie zależni – wytwarzają one niezbędny do oddychania tlen, stanowią surowiec do produkcji domów, ubrań, opakowań. Aż 80% spożywanej przez nas żywności jest pochodzenia roślinnego. Z tego względu ich dobro powinno być dla nas priorytetem. Rok Zdrowia Roślin miał zwiększyć świadomość dotyczącą wpływu chorób i szkodników roślin na zapewnienie bezpieczeństwa żywnościowego na świecie.

***

Hipowirulencja

To metoda unieszkodliwiania patogennych grzybów, w której wykorzystuje się mykowirusy (wirusy atakujące grzyby). Te, osłabiając grzyb, zwiększają szansę drzew na przetrwanie. Pierwszy mykowirus opisano w trakcie badań nad zamieraniem pieczarek Agaricus bisporus w 1962 r. Dziś upatruje się w nich nowoczesnego rozwiązania, które może być stosowane w ramach biologicznego zwalczania chorób odgrzybowych.

***

Ochrona regulowana prawem

Celem Europejskiej i Śródziemnomorskiej Organizacji Ochrony Roślin (ang. European and Mediterranean Plant Protection Organization) jest tworzenie wytycznych w zakresie wymagań kwarantannowych, oceny skuteczności środków ochrony oraz sposobów postępowania przy zwalczaniu i zapobieganiu rozprzestrzeniania się patogenów roślinnych. Polska jest członkiem organizacji od 1958 r. Sposoby monitorowania i zwalczania patogenów roślinnych na terenie państw członkowskich regulują również rozporządzenia komisji Unii Europejskiej. W Polsce wykaz organizmów szkodliwych podlegających obowiązkowi zwalczania, w tym atakujących rośliny grzybów, wirusów i bakterii, określa rozporządzenie ministra rolnictwa i rozwoju wsi z 18 września 2001 r.

***

Zamieranie jesionu

Wielka Brytania to jeden z krajów, który najdotkliwiej doświadczył destrukcyjnego działania patogenów roślinnych. W niebezpieczeństwie oprócz wiązów znalazły się jesiony. Tzw. zamieranie jesionu, wywoływane przez grzyba Chalara fraxinea, zaobserwowano w tym kraju w 2012 r. Zawleczony z Azji Wschodniej mikrob zadomowił się na dobre nie tylko na Wyspach, ale i w ponad 25 innych krajach europejskich (w tym w Polsce). Badacze szacują, że w Wielkiej Brytanii jego łupem padnie ok. 200 mln jesionów, a więc 70% całej populacji.

***

Psy vs bakterie

Zielenienie cytrusów (tzw. huánglóngbìng) powodowane jest przez bakterie Candidatus Liberibacter i przyczynia się do olbrzymich strat w uprawie cytryn i pomarańczy. Pracownicy plantacji kluczą między drzewkami, poszukując typowych objawów choroby – pożółkniętych, pokrytych plamami liści. Następnie wysyłają je do laboratorium, gdzie badane są pod kątem obecności bakteryjnego DNA. Być może już niedługo analizy genetyczne okażą się zbędne, bowiem do walki z bakteriami stanęły… psie nosy. Czworonogi nauczono rozpoznawania zapachu zainfekowanych roślin z 95-procentową skutecznością. Co więcej, zwierzęta wyczuwały bakterie zaledwie dwa tygodnie po infekcji, zanim na drzewie pojawiły się oznaki choroby.

Mikroorganizmy stanowiące śmiertelne niebezpieczeństwo dla drzew przemierzają świat od tysiącleci. W ostatnich latach ułatwiliśmy im znacznie tę wędrówkę międzynarodowym handlem drewnem opałowym, roślinami ozdobnymi, meblami i rzeźbami. Autostopowicze zagrażają lokalnym gatunkom roślin, naturalnym ekosystemom, uprawom i leśnictwu. Ludzkie spojrzenie na choroby zakaźne roślin i ich konsekwencje może się zmienić z powodu pandemii, której skutki przeżywamy na własnej skórze.

Do walki z patogenami roślin uprawnych stosuje się rutynowo już fungicydy i pestycydy. Jednak to rozwiązanie na skalę o wiele większą niż pole uprawne czy szklarnia nie wchodzi w rachubę. Toksyczne środki mogłyby zaszkodzić innym mieszkańcom ekosystemu i zachwiać biologiczną równowagę. Dlatego wciąż głównym narzędziem w walce przeciw patogenom drzew pozostaje wycinka chorych osobników. Nadrzędną kwestią jest przede wszystkim powstrzymanie inwazji mikrobów z odległych zakątków świata. Z tego powodu wiele kwestii dotyczących handlu roślinami, kontroli stanu ich zdrowia i kwarantanny zostało uregulowanych odpowiednimi aktami prawnymi w trosce o dobro rodzimych gatunków. Czas pokaże, czy ludzkość będzie w stanie naprawić swój błąd i uchronić drzewa przed sprowadzoną na nie inwazją. Jeden hektar drzew dostarcza dziennego zapotrzebowania na tlen dla 45 osób, a rocznie pochłania dwutlenek węgla wyprodukowany przez auto pokonujące 100 tys. km. Wartość tlenu wyprodukowanego w czasie życia 50-letniego drzewa szacuje się na 30 tys. dolarów. Nasi przodkowie nie potrzebowali tych naukowych danych, by drzewa doceniać, czcić i darzyć szacunkiem. Dziś powinniśmy z ich mądrości skorzystać i zatroszczyć się o nie, bo są one dziedzictwem naszym i następnych pokoleń.

***

Xylella fastidiosa

Ten gatunek bakterii w roku 2013 trafił z Ameryki do południowych Włoch (Puglia). Od tej pory stał się zmorą plantatorów drzew oliwnych, powodując całkowite zamieranie roślin. Bakteria do zwiększenia zasięgów wykorzystuje owady z rzędu Hemiptera. Obecnie jedynymi sposobami walki z chorobą są wycinka zainfekowanych drzew oraz zwalczanie przenoszących ją owadów.

***

Ospowatość śliwy

Chorobę tę wywołuje wirus Plum pox virus – PPV. Patogen rozprzestrzenił się po całej Europie, przynosząc w ciągu 30 lat straty rzędu 10 mld euro. Liście porażonych drzew pokrywają plamy i smugi, a owoce nie nadają się do spożycia – miąższ zmienia strukturę i staje się niesmaczny.