Mokslas ir IT

2021.09.23 20:37

VU mokslininkė: kaip augalai gali padėti aptikti bombas ir dingusius žmones?

VU tinklalaidė „Mokslas be pamokslų“2021.09.23 20:37

Ilgaamžis, kelis šimtus milijonų metų siekiantis augalų dominavimas žemėje šiandienos žmogui atrodo kaip įprasta gyvybės forma ir per didelio susidomėjimo nekelia. Vis dėlto, į augalus pažvelgus iš futuristinės perspektyvos, galėtume atrasti beribes naujo pritaikymo ir tyrimų galimybes, įsitikinusi Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro (VU GMC) mokslininkė dr. Radvilė Rimgailė-Voicik. Kaip augalai, skiriant daugiau dėmesio jų tyrimams, gali padėti aptikti bombas ir net dingusių žmonių kūnus, mokslininkė pasakojo VU tinklalaidėje „Mokslas be pamokslų“.

Augalų reikšmė – nuvertinama

Pasak mokslininkės, žmogaus prisitaikymas išlikti ir smegenų veiklos specifiškumas lėmė, kad savaime daugiau dėmesio skiriame gyvūnams nei augalams. Per ilgą evoliucijos laikotarpį žmogus prisitaikė prie sąlygų, reikalavusių aktyviai gintis ir reaguoti, o augalai niekada nebuvo pavojų keliantis objektas.


„Augalai dažniau vertinami ekonominiu požiūriu, jie svarbūs kaip žaliava, kaip maistas, bet ne kaip tyrimų objektas. Tačiau retai susimastome, kad be augalų apskritai neegzistuotų sausuma, dirvožemis, turėjęs įtaką ir žmogaus genties egzistencijai, kuri siekia apie 6 mln. metų, kai pirmieji augalai sausumoje atsirado prieš maždaug 450 mln. metų“, – lygina dr. R. Rimgailė-Voicik.

VU GMC botanikės teigimu, šiandien gyvendami antropocene, kai pasaulyje dominuoja žmogus, dėmesio kitoms gyvybės formoms skiriame per mažai, ypač augalams: „Jie egzistuoja kartu su mumis, tik dėl augalų turime kuo kvėpuoti, egzistuoja atmosferos dujinė sudėtis, stabili mūsų aplinkos būklė. Bet, žvelgiant iš futuristinės perspektyvos, gali būti, kad „ateivių“ ieškome ne toje plotmėje, nes ta liepa, žydinti už lango, gali būti labai įdomus organizmas, kurio pritaikymo ir tyrimų galimybės yra beribės.“

Gali padėti aptikti sprogmenis

Dr. R. Rimgailė-Voicik pasakoja, kad su augalais atliekami tyrimai ir jų pritaikymo galimybės – itin pažengusios. Masačiusetso technologijos institutas (MIT) jau pademonstravo, kaip špinatai gali reaguoti į sprogmenų cheminius junginius ir informaciją apie tai perduoti kompiuteriui. Ši technologija plėtojama, finansuojama ir itin aktuali didžiųjų valstybių kariuomenėms.

„MIT pradėjo plėtoti naują tyrimų sritį – augalų nanobioniką – ir naudodami augalus bando suteikti jiems futuristinių supergalių – pakeisti standartinį metabolizmą įvedant naują elementą. Visi šie eksperimentai susiję su nanovamzdelių panaudojimu – jie padengiami specialiu polimeru ir įvedami į ląsteles. Tas polimeras reaguoja su medžiaga, kurią mokslininkai nori aptikti aplinkoje, pavyzdžiui – sprogiosiomis medžiagomis, pasikeičia augalo fluorescencija ir taip augalas tampa indikatoriumi“, – pasakoja mokslininkė.

MIT šiuos bandymus demonstravo parodydami, kad taip galima aptikti ir tokias medžiagas kaip azoto oksidas. Vis dėlto visos šios reakcijos įvyksta ne dėl natūralių augalo dalių, o dėl mechaniškai įterptų medžiagų, o pakitusi fluorescencija stebima pasitelkiant papildomas priemones, specialų apšvietimą.

„Augalas apšviečiamas infraraudonųjų spindulių kamera, kuri ir nustato, ar pasikeitė augalo fluorescencija. Šiuo metu daugiausia eksperimentuojama būtent su špinatų lapais ir jų fluorescencijos kitimu, o pagrindinis tokių tyrimų tikslas yra gebėti aptikti kaip įmanoma mažesnius kiekius reikiamos medžiagos ir tuos tyrimus atlikti realiu laiku. Nors tai dar tik futuristinės idėjos, galbūt kada nors oro uoste galėsime eiti ne per patikros detektorius, o gyvas oazes, kuriose žmonių daiktų patikrinimą lems pakitusi augalų lapų spalva“, – sako tyrėja.

Apie augalus žinome per mažai

Anot dr. R. Rimgailės-Voicik, šiuo metu mokslininkai dar neturi vienareikšmio atsakymo, ar augalas geba atskirti save nuo kitų augalų, ar gali atskirti aplinką. Tačiau gerai žinoma, kad augalai geba išskirti daug lakių junginių į mus supančią aplinką – tai viena iš priežasčių, kodėl būtent ši gyvybės forma pasirinkta tyrimams ir eksperimentams vykdyti.

„Vis daugiau tyrimų rodo, kad augalai tuos junginius išskiria ne tik po reakcijos su saulės šviesa. Egzistuoja tam tikri išskiriami „duomenys“, kurie gali būti skirti, pavyzdžiui, tam tikrų vabzdžių grupei, iš to paties augalo sėklų išaugusiam palikuoniui arba kitoms augalų rūšims, su kuriomis konkuruojama“, – naujausių tyrimų duomenis komentuoja mokslininkė.

Pasak botanikės, per pastarąjį dešimtmetį įvyko ir tam tikras postūmis žinių apie mikorizinius ryšius srityje. Dabar žinoma, kad šaknimis augalų siunčiamos medžiagos ir jų koncentracija gali perduoti informaciją apie supančią aplinką, tačiau pagrindiniai klausimai, į kuriuos atsakymų dar nėra, yra susiję su platesne augalų tarpusavio komunikacija ir galimybe apdoroti informaciją.

Augalai pritaikomi ir žmogaus palaikų paieškoms

Dar vienos srities tyrimai, vykdomi su augalais, atliekami Tenesio universitete. Dr. R. Rimgailė-Voicik pasakoja, kad ten dirbantys mokslininkai siūlo technologiją, kuri iš pokyčių miško dirvožemyje ar augaluose gebėtų aptikti po žeme esančius žmonių palaikus.

„Ši technologija dar nėra iki galo išvystyta ir kol kas nenaudojama, bet ji taip pat susijusi su augalų fluorescencija. Šiuo atveju žmogus į aplinką ir augalus nesikiša, kuriamas specialus aparatas, bepilotis orlaivis, kuris gali padaryti geros raiškos nuotraukas specialia infraraudonųjų spindulių kamera, iškart fiksuoti fluorescencijos pokyčius augaluose. Tikimasi, kad ši technologija gali būti naudojama kalnuose ar didesnių miškų masyvuose ir padėti aptikti dingusių ir žuvusių žmonių kūnus“, – pasakoja VU mokslininkė.

Ši technologija itin aktuali tokiose šalyse kaip Jungtinės Amerikos Valstijos, kur be žinios kasmet dingsta apie 100 tūkst. žmonių. Vis dėlto ji galėtų būti naudojama tik mirusiųjų kūnams ir kaulams aptikti, nes pagrindinio fotosintezės pigmento – chlorofilo kiekio pokyčius stebėti galima tik po kurio laiko, kai yrančių palaikų išskiriamas azotas jau prieinamas šalia esantiems medžiams. Kadangi toks orlaivis galėtų fiksuoti tik pokyčius viršutiniuose medžio arduose, laiko prireiktų ir kol šios medžiagos atkeliautų iki medžių viršūnių.

„Mokslininkai yra sukaupę patirties ir radę sprendimų jau ne vienam panašių technologijų trūkumui pašalinti, pavyzdžiui, kaip patikrinti, ar aptinkamas kūnas yra būtent žmogaus, o ne, tarkime, briedžio ar kito stambaus gyvūno. Kad ir kaip būtų keista, žmonių vartojamas maistas su sintetiniais priedais lieka audiniuose, nusėda kūnui yrant ir palieka specifinį fluorescencinį pėdsaką. Taip pat yra ir su įvairiomis kitomis medžiagomis, pavyzdžiui, rūkančiųjų kūne galima aptikti sunkiųjų metalų, tokių kaip kadmis, pėdsakų“, – paaiškina mokslininkė.

Kad tam tikros medžiagos žmogaus organizme palieka žymes, Tenesio mokslininkai nustatė ilgalaikio stebėjimo metu. Čia dar 9-ojo dešimtmečio pradžioje įkurta „kūnų ferma“, kurioje atsidūrę žmonių, paaukojusių savo kūną mokslui, palaikai leidžia mokslininkams stebėti jų irimą skirtingose terpėse, fiksuoti ir vertinti plika akimi matomus ir ne tokius akivaizdžius procesus. Taip buvo pastebėta irimo metu išsiskiriančio azoto įtaka didesniam augalų žalumui, pradėti vykdyti ir anksčiau minėti fluorescencinių pėdsakų tyrimai.

Tyrimų pagrindas – tarpdisciplininis bendradarbiavimas

Bepiločiams orlaiviams ar dabar dažniau naudojamiems dronams pritaikyti, įvairiems tyrimams atlikti reikalingas daugelio sričių specialistų – botanikų, antropologų, dirvožemio specialistų, kriminalistų bendradarbiavimas. Pasak mokslininkės, naudojant dronus atliekami įvairūs tyrimai nėra naujiena ir Lietuvoje.

„Lietuvos miškuose, pasitelkiant Lidaro technologiją, lazerinio skenavimo būdu įvairiose vietovėse aptinkamos senųjų kapaviečių, kultūrinio paveldo objektų ribos – svarbu parodyti, kad dirvožemis toje vietoje buvo suardytas. Kalbant apie agrotechnologijas, pasėlių fenologijai, vienos ar kitos ligos plitimui nustatyti taip pat naudojami dronai“, – pasakoja dr. R. Rimgailė-Voicik.

Pasak botanikės, nors šie ir panašūs tyrimai ir parengti moksliniai straipsniai kol kas yra apžvalginio tipo ir skatinantys susidomėjimą kitokiais augalų tyrimais, galima tikėtis, kad ateityje jų aktualumas tik augs. Dr. R. Rimgailė-Voicik įsitikinusi, kad aktyvesnį mokslininkų bendradarbiavimą augalų tyrimų srityje galima puoselėti ir Lietuvoje, naudojant esamus išteklius, tokius kaip Lietuvos teismo ekspertizių centre esanti speciali augalų kolekcija – herbariumas, ar plėtojant bioliuminescencinius tyrimus, kurie ateityje leistų sumažinti gatvių apšvietimo išlaidas „įgalinant“ natūraliai šviečiančius medžius.

Mums svarbus tikslumas ir sklandi tekstų kalba. Jei pastebėjote klaidų, praneškite portalas@lrt.lt