Dołącz do czytelników
Brak wyników

Ekologia

9 marca 2021

NR 43 (Marzec 2021)

Słodki genom – czekolada w rękach naukowców

81

Mówiąc o kakaowcu, wyobrażamy sobie czekoladę i różnego rodzaju wyroby, jakie z niej powstają. Ziarna kakaowca są pełne wartościowych mikro- i makroelementów, wykazują właściwości przeciwutleniające oraz neutralizujące wolne rodniki. Wysoka zawartość dopaminy, serotoniny i tryptofanu wpływa korzystnie na procesy metaboliczne w mózgu. Z tego powodu poleca się sięgnąć po czekoladę w sytuacjach stresowych lub przy spadku nastroju, gdyż wspomniane związki wpływają na produkcję endorfin.

Niestety z powodu korzyści, jakich dostarcza nam kakaowiec, zaczęliśmy pożądać go jeszcze bardziej. Rozpoczęto działania mające zwiększyć ilość i jakość plonów. Czynności te z jednej strony przyniosły pożądany efekt, a z drugiej doprowadziły do paraliżu na plantacjach kakaowca. Ingerencja w genom i powstanie nowych, ­lepszych odmian sprawiły, że na świecie zaczęła dominować uprawa tylko jednej odmiany. W efekcie zamiast dzikich ostoi drzew Afrykę i Amerykę pokryły plantacje wyselekcjonowanych genotypów roślin. Wkrótce niska różnorodność genetyczna kakaowca stała się poważnym zagrożeniem dla plantatorów. Na ratunek słodkiemu genomowi kakaowca ruszyli naukowcy. Dziś to oni są strażnikami historii ewolucyjnej kakaowca. Jak to się stało?

POLECAMY

Wkroczenie człowieka w historię ewolucyjną

W 1753 r. w dziele Species Plantarum Karol Linneusz opisał roślinę, powszechnie nazywaną Cacao, nadając jej nazwę Theobroma cacao L. (gr. theos –bóg, broma – pokarm). W Polsce znana jako kakaowiec właściwy, przedstawiciel rodziny Malvaceae (ślazowate).
Kakaowiec to niewysokie wiecznie zielone drzewo, z różowymi/czerwonymi kwiatami znajdującymi się bezpośrednio na jego pniu. Zjawisko wyrastania kwiatów z pąków osadzonych na pniu nazywa się kauliflorią. Owoce kakaowca to duże jagody, które roślina wytwarza w 4. lub 5. roku życia. Pojedynczy owoc dostarcza od 20 do 60 nasion nazywanych ziarnami kakaowymi [1]. To właśnie z powodu nasion kakaowiec jest wykorzystywany od lat przez człowieka. 
Nasiona zawierają, oprócz tłusz­czu, węglowodanów i białka, także kofeinę i teobrominę. Źródła podają, że pierwszymi smakoszami kakaow­­ca byli Olmekowie, a potem również Majowie i Aztekowie. Wówczas nasiona stanowiły podstawę wykwintnego, gorzkiego napoju. Królewski napój Montezumy zawierał miazgę uzyskaną z nasion kakaowca oraz dodatki, takie jak ziarna kukurydzy, zagęszczony sok agawy, wanilię, chili [2].
Współczesny rarytas z nasion ka­­­­­­­kaowca, czyli uwielbiana na całym świecie czekolada, pojawiła się do­­piero w połowie XIX w. Z czasem, dzię­­ki nowoczesnym rozwiązaniom technologicznym, manufaktury i fabryki wprowadziły na rynek różne rodzaje czekolady, poszerzając grono konsumentów. W efekcie wzrosło zapotrzebowanie na nasiona kakaowca i rozpoczęła się ekstensywna eksploatacja roślin na plantacjach. 
 


Kakaowiec na plantacjach 

Obszar uprawny kakaowców obejmuje ponad 70 tys. km². Najstarsze plantacje znajdują się w Ameryce Środkowej i Południowej (Meksyk, Ekwador, Wenezuela), a największe w Afryce Zachodniej (Wybrzeże Kości Słoniowej, Ghana, Nigeria i Kamerun). Produkcja roczna kakao na świecie sięga około 4,236 mln ton (International Cocoa Organization (2014/2015) International Cocoa Organization. ICCO Annual Report 2005/2006). Obecnie uprawiane są trzy odmiany kakaowca [3]. Pierwsza odmiana, prosta w uprawie i dająca wysokie zbiory (80–90% światowej produkcji) to Forastero. Rośliny są wyjątkowo wytrzymałe i odporne na choroby. Jednak otrzymane z nasion kakao odznacza się najniższą jakością. Druga odmiana, Trinitario, jest uprawiana przede wszystkim na Antylach. Ziarno ma lekko kwaskowy i niekiedy korzenny aromat. Trzecia, najstarsza odmiana, to Criollo. To najbardziej cenione kakaowce, uprawiane od XVII w. Drzewa są bardzo delikatne i wrażliwe na choroby. Niestety jej udział w światowej produkcji wynosi zaledwie 5–10%.

Efekty ingerencji człowieka 

Intensywne wykorzystanie kakaowca przez człowieka doprowadziło do zmian w jego historii ewolucyjnej. Ich głównym efektem jest zubożenie różnorodności genetycznej kakaowca, co skutkuje dominacją jednego uprawianego genotypu. Takie jednorodne genetycznie plantacje roślin zwykle charakteryzują się niższą odpornością na choroby czy suszę. Dla kakaowca wyjątkowo groźne okazały się patogeny, szczególnie grzyby [4, 5, 6]. 
Na plantacjach kakaowca zidentyfikowano trzy zagrażające im ­patogeny grzybowe: Phytophthora palmivora, Moniliophthora roreri i Crinipellis perniciosa. Dwa pierwsze atakują owoce i uszkadzają nasiona. Ostatni hamuje rozwój kwiatów, które zastępują wyrastające gałązki nazywane „miotłami czarownicy”. Grzyby te, obok licznych bezkręgowców, doprowadziły do znacznego obniżenia produkcji nasion kakaowca. Plantatorzy i odbiorcy nasion zaczęli bić na alarm w celu znalezienia odpowiednich rozwiązań, poprawiających odporność drzew kakaowych na choroby wywoływane przez grzyby i suszę. 

Sposoby minimalizacji kosztów ingerencji 

Głównym celem poszukiwań sposobów ochrony kakaowca przed patogenami było i jest dążenie do zwiększenia wielkości plonów i jakości produktów końcowych. Dlatego koncerny wykorzystujące nasiona kakaowca przeznaczyły znaczne kwoty na badania prowadzone przez znakomite ośrodki naukowe. Co udało się zrobić? Trzy dzia­­łania są szczególnie interesujące: 
Wykorzystano grzyby endofityczne występujące w zachowanych (dzikich) populacjach kakaowca do redukcji wzrostu grzybów patogennych, atakujących kakakowce na plantacjach (ryc. 1). Utworzono banki grzybów endofitycznych do infekcji siewek drzew kakaowca [np. 7]. 
 

Ryc. 1. Liście kakaowca są naturalnie kolonizowane przez endofity, czyli grzybowe mikroorganizmy żyjące m.in. w przestrzeniach międzykomórkowych naziemnej części rośliny [12]. Wraz z upływem czasu społeczność endofitów zwiększa się. Liście roślin zaszczepionych (inokulowanych) endofitami są bardziej odporne na atak z...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy

    Marlena Lembicz

    PROF. DR HAB.; Botanik, ekolog roślin, nauczyciel akademicki, prof.dr hab. Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Zajmuje się ekologicznymi i ewolucyjnymi efektami interakcji między grzybami endofitycznymi, a roślinami i zwierzętami. Dwukrotny członek komitetu zarządzającego dwóch Akcji COST UE dotyczących grzybów endofitycznych (FA1103 i FA1405). Autorka wielu naukowych artykułów na ten temat. Absolwentka studiów podyplomowych – Technologia Kształcenia na UAM oraz Szkoły Tutorów I stopnia, certyfikowany przywódca w edukacji. Inicjatorka i koordynatorka w latach 2013-2015 zajęć Kreatywność i Przedsiębiorczość na Wydziale Biologii. Przewodnicząca poznańskiej sekcji mykologicznej PTB i ogólnopolskiej sekcji Grzyby w interakcjach PTMyk. Członek kapituły konkursu Science – lubię to!. Pasjonatka wypraw górskich.  

    Wojciech Robert Wysoczański

    Student Wydziału Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Odkrywa grzyby endofityczne w roślinach rzadkich, ginących w Polsce, a także wykorzystywanych przez człowieka. Hoduje je in vitro, identyfikuje mikroskopowo i molekularnie. Członek sekcji Grzyby w interakcjach PTMyk. Pasjonat fotografii.

    Martyna Dominiak-Świgoń

    Absolwentka Wydziału Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu. Zaangażowana w badania dotyczące interakcji w sieciach roślin klonalnych. Ukończyła szkolenia z zakresu tutoringu i przywództwa w edukacji. Członek sekcji Grzyby w interakcjach oraz kapituły konkursu Science – lubię to! Entuzjastka interdyscyplinarnych projektów edukacyjnych.