À primeira vista, é difícil ver o que ouro, ferro, chumbo, arsênico, prata, platina e estanho têm em comum. Uma olhada na tabela periódica esclarecerá a confusão:todos são metais pesados, normalmente categorizados como aqueles metais com peso atômico e densidade pelo menos cinco vezes maior que a água.
Esses e outros metais pesados ​​ocorrem naturalmente no meio ambiente e, em alguns casos, em nossos corpos. Eles são principalmente considerados inofensivos, mas em certos níveis de exposição podem ser tóxicos para a vida humana, vegetal e animal. A exposição excessiva a metais pesados ​​pode prejudicar o crescimento das plantas e diminuir a produção de sementes.

Algumas plantas desenvolveram características que aumentam sua tolerância a metais pesados. Muitos pesquisadores, eu entre eles, acreditam que entender e aproveitar esses traços evolutivos pode nos permitir proteger as culturas agrícolas dos efeitos nocivos da toxicidade dos metais pesados.

Minha pesquisa se concentra em melhorar a tolerância das plantas aos metais pesados, o que é particularmente importante em um país como a África do Sul, onde as atividades de mineração contaminam os solos. Estes solos são críticos para a agricultura.

Mesmo plantas da mesma família usam estratégias diferentes para lidar com metais. Alguns pegam os metais em suas raízes e os transferem para suas folhas; outros pegam os metais e os mantêm (imóvel) em suas raízes. Isso é importante para a segurança alimentar e a segurança alimentar, pois queremos plantas que possam limitar a absorção de metal em suas partes comestíveis. No entanto, como meus colegas e eu descrevemos em um artigo de revisão recente, não é tarefa fácil aproveitar essas estratégias.

Exposição e risco

O estresse por metais pesados ​​ou toxicidade nas plantas acontece quando elas são expostas a metais pesados ​​no solo.

Essa exposição geralmente é resultado de resíduos e poluentes de atividades humanas como agricultura, mineração e indústria. Na África do Sul, a mineração tem sido um dos principais culpados pela poluição por metais pesados.

Isso inibe o crescimento das plantas ou sua capacidade de converter a luz solar em energia essencial através da fotossíntese. Ou pode afetar como eles assimilam nutrientes, ou como respondem à seca ou patógenos nocivos.

Isto tem implicações para a produção de culturas alimentares. Estudos em todo o mundo descobriram que a toxicidade de metais pesados ​​pode reduzir o rendimento das culturas, bem como sua qualidade. As plantas medicinais também podem ser afetadas por metais pesados.

Como as plantas fazem isso

As plantas desenvolveram alguns mecanismos para afastar os efeitos dos metais pesados. Eu estudo um deles:mecanismos de sinalização que as plantas usam para controlar a absorção de metais pesados ​​- sua resposta "imune" aos metais pesados.

In much the same way as the human immune system is alerted to, monitors and responds to a pathogen, plants have evolved signaling mechanisms that help them to regulate their tolerance to heavy metals.

These signaling mechanisms are impressive. For example, plants can trigger signaling events to release low-molecular-weight ligands (ions or molecules) that tightly bind to the heavy metals and prevent them from moving from the roots.

But they're far from perfect. As human viruses like HIV and SARS-CoV-2 (the coronavirus behind COVID-19) have shown, certain pathogens can short-circuit the immune system. Heavy metals can do the same to the plant's signaling mechanisms by mimicking essential nutrients; for instance, the metal vanadium resembles phosphate.

Heavy metals like copper have also been shown to damage the membrane integrity of the cell walls in the roots of plants. Similarly, heavy metals can disrupt the construction of these cell walls; weakened walls make the cell lose structural integrity, which exposes the cellular membranes and causes cell death.

Heavy metals can also impair the work of the plasma membrane, which regulates the transport of material in and out of the plant cells. This blocks the uptake of essential nutrients by negating the function of numerous transporter proteins at work in the plasma membranes.

Useful lessons

Despite their shortcomings, these signaling mechanisms are powerful. That's why I study them:if we can tap into the way in which plants adapt to the threats from heavy metals, there's a chance that soil contaminated with heavy metals can be rejuvenated through the use of the right plants, or that this tolerance can be passed on to other plants, including food crops.

Our ongoing work, and that of others, is promising, but it's still early days. Perhaps one day soon, plants' clever adaptations will signal a change in how we deal with heavy metal toxicity. + Explorar mais

Exploring sources of heavy metals in atmospheric aerosols in the southeast Tibetan Plateau

Este artigo é republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.