वनस्पती मांसाहारी असतात. व्हीनस फ्लायट्रॉप किंवा पीचर पीचर प्लॅंट ह्या उघडउघड कीटकांना खाणाऱ्याच नाही तर जगातील सर्व वनस्पती मांसाहारी असतात. ऑस्ट्रेलियातल्या क्विन्सलॅंड युनिव्हर्सिटीच्या काही संशोधकांना वनस्पतींचा मुळात काही बॅक्टेरियांचं अस्तित्व आढळलं. त्यांना लक्षात आलं की वनस्पती वेगवेगळ्या बॅक्टेरिया आणि यीस्ट सारख्या बुरशींना आपल्या मूळावाटे आत घेऊन त्यातून त्यांचं पोषण मिळवत आहेत. त्याला त्यांनी नाव दिलं Rhizophagy, rhizo म्हणजे मूळ आणि phagy म्हणजे खाणं.
मातीतल्या अन्नसाखळी बद्दल पूर्वी अशी कल्पना होती की वनस्पती, शेती केल्याप्रमाणे मूळातून कार्बनयुक्त स्राव सोडून त्यावर बॅक्टेरिया आणि बुरशी वाढवतात. त्यांना खाणारे प्रोटोझोआ आणि नीमॅटोड सारखे जीव आणि त्यांच्या पुढची जैवसाखळी, वनस्पतीच्या मूळाजवळ त्यांच्या विष्ठेतून, वनस्पतींना आवश्यक असलेली अन्नद्रव्ये उपलब्ध करतात. पण ह्या नवीन संशोधनानुसार असं लक्षात आलं की वनस्पती शेती सोबतच बॅक्टेरियांचं पशुपालन सुद्धा करतात. अमेरिकेतल्या रटगज यूनिवर्सिटीच्या (Rutgers University) जेम्स व्हाईट हे प्राध्यापक व त्यांच्या टीमने ह्या वनस्पती आणि जीवाणूंच्या सहजीवनावर गेल्या दशकात अधिक संशोधन केलं.
सर्व वनस्पतींच्या वाढीसाठी आवश्यक असलेलं हे सहजीवन, म्हणजे मूळांचं खाणं कसं काम करतं? तर वनस्पती आपल्या मुळांवाटे अन्नद्रव्यांचा स्त्राव (Exudates) जमिनीत सोडतात. त्यावर वेगवेगळे बॅक्टेरिया आणि बुरशी वाढतात आणि त्यातील काही मुळांच्या टोकाजवळील भागातून (Meristem) वनस्पतींच्या मुळांच्या पेशींच्या भोवताली असलेल्या जागेत (periplasmic spaces) प्रवेश करतात. ह्या बॅक्टेरियांवर मुळातील पेशींद्वारे, अगदी मोजून मापून, रिऍक्टिव ऑक्सिजनचा (ROS - Reactive Oxygen Species) मारा केला जातो. जेणेकरून वनस्पतीच्या पेशींना इजा न होता फक्त बॅक्टरियांच्या पेशीपटलाचं पचन होईल. काही बॅक्टेरिया ह्यात पूर्णपणे पचवले जातात पण काही, त्यांचं पेशीपटल पचवलं जाउनसुद्धा जिवंत राहतात. पेशीभोवतीच्या जागेत रिंगणात फिरत राहतात. फिरता फिरता रिऍक्टिव ऑक्सिजनला प्रत्युत्तर देण्यासाठी, इथिलीन तयार करतात. इथिलीन आणि सुपर ऑक्साईडची प्रक्रिया होऊन हाइड्रोजन पेरोक्साइड (H2O2) आणि कार्बन डायॉक्साईड तयार होतं. ह्यातल्या कार्बन डायॉक्साईडचं पाण्याबरोबर संयुग होऊन कार्बनिक एसिड (H2CO3) तयार होतं. कार्बोनिक एसिड ROSची तीव्रता कमी करतं. त्याचवेळी बॅक्टेरियांनी हवेतून स्थिर केलेलं नत्र (NO), अँटी ऑक्सिडंट म्हणून काम करतं. त्याची ROS सोबत प्रक्रिया होऊन नायट्रेट (NO3) तयार होतं. नायट्रेट पेशीपटलातून आत घेतले जातं. अशाप्रकारे बॅक्टेरिया आणि यीस्ट सारख्या बुरशींचं पचन करुन नायट्रोजन, फॉस्फरस, झिंक आणि इतर घटक वनस्पती मिळवतात. वनस्पती त्यांना हव्या असलेल्या एकूण नत्रापैकी जवळजवळ 20 ते 30% नत्र आणि इतर महत्त्वाचे घटक रायझोफॅजीद्वारे मिळवतात.
पेशीपटल गमावलेल्या बॅक्टेरियांना, वनस्पतीद्वारे साखरेच्या स्वरूपात अन्न (कार्बन) पुरवलं जातं. बाह्यपटल नसल्याने बॅक्टेरियांचे सहजगत्या विभाजन (cell division) होत राहतं. त्यांची संख्या भराभर वाढते. ह्या बॅक्टेरियांनी तयार केलेले इथिलीन वनस्पतींसाठी हार्मोनप्रमाणे काम करते, ज्यामुळे वनस्पतींच्या पेशींची लांबी वाढते. हळूहळू मुळाच्या पेशीत काही ठिकाणी बॅक्टेरिया आणि इथिलीन एवढा वाढतो की त्याच्या दबावामुळे मुळांच्या पेशी फुगतात व त्यातून केस फुटल्यासारखा काही भाग बाहेर येतो. ह्यांना मुळांचे केस (root hair) म्हणतात. ह्या केसातून बॅक्टेरिया, बाहेर मातीत फेकले जातात. अनेकदा टप्प्याटप्प्याने बॅक्टेरिया असे बाहेर फेकले जातात. बाहेर आल्यावर, बॅक्टेरिया हवेतून आणि मातीतून आपली अन्नद्रव्ये पुन्हा मिळवतात. पुन्हा पेशी पटल तयार करतात. पुन्हा मुळातून येणाऱ्या स्त्रावाकडे आकर्षित होऊन मुळांमध्ये प्रवेश करतात. हे संपूर्ण चक्र पूर्ण व्हायला साधारण दोन दिवस लागतात. ह्या चक्रामुळेच वनस्पतींच्या मुळांना सतत भरपूर मूळकेस (root hairs) तयार होत असतात. जर हे सूक्ष्मजीव जमिनीत नसतील तर मुळांना हे मूळकेस तयारच होत नाहीत. पर्यायाने मुळांची आणि वनस्पतींची नीट वाढ होऊ शकत नाही. म्हणूनच वनस्पतींच्या मुळांच्या वाढीसाठी हे सूक्ष्मजीव अत्यावश्यक असतात. महत्त्वाची गोष्ट म्हणजे ह्या पूर्ण प्रक्रियेवर वनस्पतींचं नियंत्रण असतं.
(फोटो क्रेडिट: Chang, Xiaoqian & Young, Blair & Vaccaro, Nicole & Strickland, Raquele & Goldstein, Walter & Struwe, Lena & White, James. (2023). Endophyte symbiosis: evolutionary development, and impacts of plant agriculture. Grass Research. 3. 10.48130/GR-2023-0018.)
एवढंच नाही, तर आता वनस्पती आणि जीवाणूंच्या सहजीवनाबद्दलच्या अधिक संशोधनातून असं लक्षात आलंय की, वनस्पतींच्या प्रत्येक अवयवात विविध जीवाणू सहजीवन साधून राहत असतात आणि वनस्पतींच्या विविध गरजांसाठी आवश्यक असलेले ऑक्सिन Auxin, इथिलीन (Ethyline), जिबरेलीन (Gibberellin), सायटोकायनिन (Cytokinin), अब्सिसिक एसिड (Abscisic Acid) इत्यादी रसायने तयार करतात. रोगप्रतिकारशक्ती वाढविणे, रोगजंतूपासून संरक्षण मिळविणे, अति पाण्यात किंवा दुष्काळात सुद्धा टिकून राहण्याची क्षमता वाढविणे इत्यादी असंख्य गोष्टी ह्या सहजीवनामुळे साध्य होतात. वनस्पती सूक्ष्मजीवांवर अवलंबून असतात, त्याचप्रमाणे सूक्ष्मजीव त्यांच्या अन्नासाठी, वाढीसाठी, संरक्षणासाठी वनस्पतींवर अवलंबून असतात.
वनस्पतींसाठी हे जीवाणू एवढे महत्त्वाचे असतात की आपल्या पुढच्या पिढीसोबत, म्हणजे बियांसोबतही हे जीवाणू पाठवले जातात. बियांभोवतीच्या आवरणावरच नाही तर अगदी बीच्या दलामध्येही वनस्पती हे अत्यावश्यक बॅक्टेरिया वाढवतात. बीच्या रुजण्यामध्येसुद्धा ह्या सहजीवी बॅक्टेरियांचा आणि इतर सूक्ष्मजीवांचा महत्त्वाचा सहभाग असतो. जेंव्हा बी बाहेर पडते आणि योग्य वातावरण मिळताच रुजून येते, तेंव्हा हे सूक्ष्मजीव पुन्हा मातीत पसरतात, वाढतात व मुळांच्या वाढीसोबत त्यांचं जीवनचक्रही सुरू राहतं. ज्याप्रमाणे वनस्पती स्थानिक (Endemic) असतात, त्याचप्रमाणे हे जीवाणूही स्थानिक परिस्थित जगणं शिकलेले आणि सोबतच्या वनस्पतींसोबत सहजीवन साधू शकणारे असतात. वर्षानुवर्षे आपल्या आजूबाजूच्या वातावरणाला सरावलेल्या, असंख्य सूक्ष्मजीवांशी सहजीवन असलेल्या स्थानिक वनस्पती का आवश्यक आहे हे ह्यावरून लक्षात येऊ शकेल. त्याचबरोबर आपल्या पुढच्या पिढीच्या आरोग्यपूर्ण वाढीसाठी आवश्यक असणाऱ्या जीवाणूंचं विरजण सोबत देऊ शकणारे देशी बियाणे जतन करुन वाढविणे हे महत्वाचं आहे. बऱ्याचदा बियाणे जास्त काळ टिकण्यासाठी किंवा त्यांना बुरशीचा/कीटकांचा त्रास होऊ नये ह्यासाठी वेगवेगळ्या रसायनांची ट्रीटमेंट केली जाते. ह्या कोटिंगमुळे बीसोबत नैसर्गिकरीत्या सहजीवन असलेले सूक्ष्मजीव मरू शकतात.
ह्या सहजीवनावर जगभर संशोधन सुरु आहे. वेगवेगळ्या सहजीवी जीवाणूंचा, विविध रोगांचा सामना करण्यासाठी आणि रसशोषक किडींचा प्रभाव रोखण्यासाठी, अधिक आणि योग्यवेळी उत्पादन मिळविण्यासाठी, दुष्काळाचा, अतिपावसाचा सामना करणारी पिके तयार करण्यासाठी, अधिक सशक्त बिया तयार करण्यासाठी हे संशोधन वापरता येऊ शकेल. लवकरच सध्या उपलब्ध असलेल्या काही बुरशी आणि बॅक्टेरियांच्या कल्चरप्रमाणे, इतर अनेक उपयोगी सूक्ष्मजीवांचा वापर ह्यापुढे पिकांच्या वाढीसाठी, रोग आणि कीड नियंत्रणासाठी होऊ शकेल.
सध्या आपली जवळजवळ सर्व शेती ही रासायनिक पद्धतीने केली जाते. कमी अधिक प्रमाणात रासायनिक खते आणि रासायनिक तणनाशके, बुरशीनाशके, जंतुनाशके पिकावर आणि जमिनीतही सोडली जातात. ग्लायफोसेट सारख्या तणनाशकांमुळे मातीतील लोहाचं स्थिरीकरण/किलेशन (chelation) होतं. त्यामुळे वनस्पती आणि जीवाणूंना लोह मिळवण्यात अडचण होते. वनस्पतींना ROS तयार करण्यासाठी ज्या गुंतागुंतीच्या जैवरासायनिक क्रिया कराव्या लागतात, त्यात लोहाचीही गरज भासते. ग्लायफोसेटमुळे लोह उपलब्ध होत नाही आणि त्यामुळे पुढच्या सगळ्या क्रियांवर परिणाम होतो. त्याचबरोबर वारंवार जमिनीची खोल नांगरणी केली जाते. ही जमिनीतील सूक्ष्मजीवांच्या आणि त्यावर अवलंबून असलेल्या अन्नसाखळीच्या (Soil Food Web) विनाशास कारणीभूत होतात. वनस्पतींना पोषण न मिळाल्याने नीट वाढ होत नाही. अन्नद्रव्यांची कमतरता होते. तीच कमतरता आपल्या अन्नातही जाणवते. अशा पिकांवर रोगराई जास्त पडते, रोग पडला की पुन्हा रसायनांच्या फवारण्या कराव्या लागतात व हे चक्र सुरू राहते. एका संशोधनानुसार, नैसर्गिक शेतीतील सशक्त मातीत उत्पन्न होणाऱ्या अन्नातून, रासायनिक खते आणि औषधे वापरलेल्या मातीतील अन्नापेक्षा जवळपास 30 ते 40% अधिक पोषण मिळतं असं लक्षात आलं आहे.
वनस्पतींना जर त्यांच्या वाढीसाठी पोषक वातावरण मिळालं, त्यांची मातीतील अन्नसाखळी व्यवस्थित राहिली तर खरंतर कोणतीही रासायनिक खते, विषारी औषधे एवढंच काय विविध खर्चिक सेंद्रिय निविष्ठांची आणि फवारण्यांचीही गरज भासणार नाही, एवढं तरी लक्षात घेणं गरजेचं आहे.
- (क्रमश:)
- संदर्भ:
- Teaming with Bacteria - Jeff Lowenfells
- Teaming with microbes - Jeff Lowenfells
- यूट्यूब वरील प्रो. जेम्स व्हाईट, जेफ लॉवेनफेल्स, इलेन इंगहम ह्यांचे लेक्चर्स
समीर अधिकारी
(शेतकरी, मोहरान फार्मस्, शहापूर)