Prevela: Aleksandra Zečić, Biološki fakultet, Beograd

Cvet drveta moringe © WEDC, Loughborough University

Moringe su dugo poznate kao čudesno drveće. Kako izveštavaju Sue Nelson i Marlene Rau, naučnici sada detaljno istražuju njihove osobine. U podnožju Himalaja raste drveće visoko od pet do deset metara, sa grupacijama sitnih ovalnih listova i krem obojenim cvetovima nežnog mirisa. Ovo su Moringa oleifera –najčešće uzgajana od 14 vrsta iz roda Moringa, poznatog kao ‘ čudesno drveće’. “Zove se čudesno drvo zato što je svaki deo drveta koristan”, kaže Balbir Mathur, predsednik Trees for Life Internationalw1, neprofitne organizacije sa sedištem u Sjedinjenim Državama, koja obezbeđuje razvojnu pomoć putem sađenja voćaka, među njima, i moringi. “Korenovi, lišće, kora, delovi plodova i semena - sve. Spisak je beskonačan. ’

Izveštaji u štampi o čudesnoj prirodi ovog drveta su možda preuveličani, ali ono ima neke zaista impresivne osobine. Autohtone u severnoj Indiji, ali sada široko rasprostranjene u Aziji, Africi i Latinskoj Americi, moringe se stotinama godinama koriste u selima u zemljama u razvoju, njihova upotreba je u rasponu od tradicionalne medicine, hrane i jestivog ulja, do prirodnih pesticida, domaćih sredstava za čišćenje i poslednjeg - biogoriva.

Moringe su veoma izdržljive, u delovima Afrike poznate kao nebedies, što znači “drveće koje nikad ne umire” , zato što rastu na osiromašenim zemljištima, ponovo izrastu nakon što bivaju posečene i jedna su od retkih su drveta koja proizvode plodove i tokom suše. Ipak, postoji još jedna korisna osobina Moringa oleifera koja oduševljava naučnike: kada se raspuknu, semena moringe mogu da pomognu u čišćenju zagađene vode. Ovo bi moglo spasiti živote: Svetska zdravstvena organizacija procenjuje da zagađena voda, loše sanitetsko - zdravstvene mere i neadekvatna higijena godišnje prouzrokuju 1.6 miliona smrtnih slučajeva u svetu. Prečišćavanje vode je uglavnom proces u dva koraka: u početku se voda razbistri, uklanjanjem čestica kao što su minerali, biljni ostaci i bakterije. Međutim, kako sve čestice ne potonu lako na dno, dodaju se sredstva za koagulaciju da bi pomogla grupisanje čestica; ovi koagulati se onda mogu otkloniti filterima ili sedimentacijom. Drugi korak je dezinfekcija, da bi se ubili oni patogeni koji su još ostali, korišćenjem jedinjenja hlora, ozona, vodonika ili ultravioletnog zračenja.

Semena M. oleifera se usitnjavaju u prah pre upotrebe © WEDC, Loughborough University

Moringa oleifera može pomoći u prvom koraku prečišćavanja - ne samo u svetu u razvoju, već i u razvijenim zemljama. U postrojenjima za obradu industrijske vode, najviše korišćena sredstva za koagulaciju su soli aluminijuma. Većina čestica koje je potrebno ukloniti iz vode su naelektrisane, pa su često sredstva za koagulaciju u obliku jona; polivalentni joni kao aluminijumovi su veoma efikasni zato što uspešnost koagulacije raste sa kvadratom jonskog naelektrisanja sredstva za koagulaciju. Međutim, postoji zabrinutost - premda kontroverzna - da se dugotrajno izlaganje aluminijumu može povezati sa razvojem neurodegenerativnih bolesti. Soli gvožđa su alternativne, ali su teže za korišćenje jer se njihova rastvorljivost menja sa vrednošcu pH.

Semena moringe: celo (levo) i rasečeno (desno) © WEDC, Loughborough University

Druge vrste sredstava za koagulaciju uključuju sintetičke polimere, ali, kao i kod ostalih koagulanata, potrebno je otkloniti mulj koji se formira u procesu razbistravanja: i premda sintetički polimeri rešavaju problem navodne povezanosti sa neurodegenerativnim bolestima, ostaje problem nedostatak njihove biorazgradivosti. S obzirom da je M. oleifera i netoksična i biorazgradiva, i da zabeleženo smanjenje mutnoće, sadržaj gline i bakterija u vodi nakon primene semena M. oleifera odgovaraju efikasnosti aluminijumovih soli (vidi Ghebremichael et al., 2005), čini se kao održiva alternativa.

U nekim ruralnim oblastima Sudana, žene već koriste M. oleifera za prečišćavanje vode: kada uzimaju vodu iz reke Nil, stavljaju semena samlevena u prah u malu platnenu torbu sa koncem. Potom se kružnim pokretima torbica meša u kofi sa mutnom vodom dok se sitne čestice i bakterije ne sjedine sa prahom M. oleifera, tonući i sležući se na dno. Mada za piće voda treba biti dodatno prečišćena - kuvanjem, filtracijom pomoću peska ili stavljanjem na direktnu sunčevu svetlost nekoliko sati u čistoj boci (solarizacija, vidi Folkard et al., 1999). Možete i sami primeniti sličnu tehniku u razredu (vidi dodatak).

Premda je izvedena uspešna pilot studija na obradi Thyolo vode u Malaviju (vidi Folkard & Sutherland, 2002) razvoj budućih industrijskih metoda obrade sa M. oleifera se oslanja na znanje o tome koji se tačno procesi odigravaju tokom prečišćavanja. Istraživači već znaju da je aktivni sastojak u semenima protein, koji zauzima 30 - 40% težine semena. Postoje najmanje dva proteina koja su možda aktivna: rastvorljivi su u vodi i prilično mali, oko 6 -16 kDa, tako da mogu lako difundovati kroz zid platnene torbe. Pri većim koncentracijama ovi proteini agregiraju čak i u rastvoru usled prisustva velikih hidrofobnih regiona. Protein apsorbuje kontaminirajuće čestice, koje se potom ujedinjuju i mogu kasnije biti razdvojene i ekstrakovane.

Ali kako tačno ovo sjedinjavanje funkcioniše? Naučnici sa Univerziteta Upsala, Švedska (University of Uppsala, Sweeden) i Univerziteta u Bocvani u Gaboroneu (University of Botswana, Gaborone, Botswana) su sproveli dalja istraživanja (vidi Kwaambwa et al., 2010). Proizveli su čist ekstrakt svih u vodi rastvorljivih proteina iz semena da bi izučavali kako se protein apsorbuje na graničnoj površini između vode i silicijum - dioksida (SiO2) kao modelu granične površine između vode i mineralnih čestica.

Sušena semena Moringa oleifera Slika dobijena od Dr Majority Kwaambwa

Tim je koristio snop neutrona na Institutu Laue Langevin u Grenoblu (Institut Laue Langevin^w2), Francuska, u tehnici zvanoj neutronska reflektometrija, za merenje debljine, gustine i hrapavosti proteinskog sloja koji se formira.

Kako funkcioniše ova tehnika? Kada posmatrate sloj benzina u barici, možete videti prelivanje raznovrsnih duginih boja: svetlost se odbija i od vrha i od dna sloja benzina. Reflektovani svetlosni talasi će biti neznatno van faze i, u zavisnosti od debljine sloja nafte,oni će se ili sabrati ili poništiti jedan drugog, rezultujući u različitim bojama. Mnogi materijali su transparentniji prema neutronima nego prema svetlosti, a neutronske talasne dužine su hiljadu puta kraće (0.2- 2 nm) od svetlosnih (oko 0.5 µm), što je razlog zašto se snop neutrona može koristiti za merenje monomolekulskih slojeva proteina.

Najbliže površini silicijum - dioksida, M. oleifera protein je pakovan veoma gusto, u sloj debeo oko dva molekula (50 Å). Potom, sa porastom udaljenosti od površine silicijum-dioksida, koncentracija apsorbovanog proteina brzo opada. Kliknite na sliku da biste je uvećali Slika dobijena od Maja Hellsing

‘Beli’ snop neutrona se isijava na uzorak i refleksija se meri kao funkcija ‘boje’ neutrona (npr. talasne dužine), pokazujući naučnicima od koliko se molekulskih slojeva uzorak sastoji, koliko su gusto pakovani molekuli i koliko je hrapava površina sloja. U eksperimentu sa M. oleifera naučnici su otkrili da protein semena obrazuje guste slojeve deblje od monomolekuskog čak i pri niskim koncentracijama kao 0.025 wt % - što znači da je vezivanje veoma efikasno. Površina sloja je izvanredno glatka, ali raspored proteina M. oleifera nije uniforman: dalje od površine silicijum - dioksida raste broj molekula vode oko proteina, što se može uočiti kao promena u gustini, merenjem neutronskom refleksijom (vidi dijagram, levo). Ovo sugeriše da je sjedinjavanje tako efikasno zato što protein M. oleifera ima snažnu tendenciju da se vezuje i za površine minerala i za druge proteine M. oleifera, čak i pri veoma niskim proteinskim koncentracijama, zbog hidrofobnih regiona i činjenice da će, iako je protein generalno elektroneutralan, različite podgrupe suprotnog naelektrisanja biti jonizovane. Rad na proteinima M. oleifera nastavlja razvoj netoksičnog i biorazgradivog postupka prečišćavanja vode za koji su dostupni lokalni materijali mnogo jeftiniji od aluminijumovih soli. Pitanja koja se postavljaju uključuju to koliko je semenog proteina potrebno, da li su i drugi proteini ili biopolimeri pogodni i da li druge nečistoće u vodi, kao što su prirodni deterdženti, utiču na ove procese.

Mathur pozdravlja naučno ispitivanje: ”Smatramo da je drvo moringa veoma važno i mora privući pažnju naučnika koji mogu sprovesti dalja istraživanja”, kaže on. „Ono još uvek nije naširoko poznato u Zapadnom svetu zato što ne raste ovde”. U budućnosti bi čudesno drvo moglo opravdati svoj naziv. „Moringa bi mogla spasiti milione života širom sveta u godinama koje dolaze”, smatra Mathur. „Ne mogu dovoljno naglasiti koliko je to značajno”.

References

Folkard G, Sutherland J (2002) Development of a naturally derived coagulant for water and wastewater treatment. Water Science and Technology: Water Supply 2(5-6): 89-94

Folkard G, Sutherland J, Shaw R (1999) Water clarification using Moringa oleifera seed coagulant. In Shaw, RJ (ed) Running Water: More Technical Briefs on Health, Water and Sanitation pp 109-112. Rugby, UK: IT Publications. ISBN: 9781853394508

Ghebremichael KA et al. (2005) A simple purification and activity assay of the coagulant protein from Moringa oleifera seed. Water Research 39: 2338-2344. doi: 10.1016/j.watres.2005.04.012

Kwaambwa HM, Hellsing M, Rennie AR (2010) Adsorption of a water treatment protein from Moringa oleifera seeds to a silicon oxide surface studied by neutron reflection. Langmuir 26(6): 3902-3910. doi: 10.1021/la9031046

Mitchell WA et al. (2008) Science for the Next Generation: activities for primary school. Science in School 10: 64-69. www.scienceinschool.org/2008/issue10/nextgeneration

Web references

w1 – Trees for Life International obezbeđuje internacionalni forum o korisnom drveću i bilju i mnogo godina promoviše drvo moringa, slanjem literature i informacija univerzitetima, ambasadama i šefovima država, kao i produkcijom obrazovnog materijala za škole. Pogledajte: www.treesforlife.org

w2 – Kako biste saznali više o Institutu Laue-Langevin, pogledajte: www.ill.eu

Izvori

Ukoliko ste uživali čitajuci ovaj članak, pogledajte i druge članke Science in School o istraživanjima vršenim na ILL. Pogledajte: www.scienceinschool.org/ill

Sue Nelson je nagrađivani popularizator nauke i pisac iz Ujedinjenog Kraljevstva. Diplomirani fizičar, Sue je takođe studirala nauku o svemiru i astronomiju na Univerzitetu Mičigen (University of Michigan) kao članica Knight Wallace 2002. i nedavno je okončala jednogodišnje članstvo u Nesta Dream Time pišući naučno zasnovane drame. Njeni izveštaji su se pojavili na svim biltenima nacionalne televizije i radija BBC. Koautor popularne naučne knjige Kako klonirati savršenu plavušu, Sue je pisala za The Sunday Times, The Observer, The Guardian i The Independent i dala kolumne o nauci za Times.

Dr Marlene Rau je rođena u Nemačkoj i odrasla u Španiji. Nakon što je odbranila doktorat iz biologije razvića na Evropskoj laboratoriji za molekularnu biologiju u Hajdelbergu, Nemačka, studirala je žurnalistiku i počela da se bavi komunikacijama u nauci. Od 2008. je jedan od urednika Science in School.

Recenzija

Ovo je članak koji koristi teorijsku nauku (sposobnosti vezivanja jona, tehnike neutronske refleksije) kako bi se objasnila pojava iz realnog života (korišćenje semena za prečišćavanje vode).

Ideje iz članka mogu biti iskorišćene za učenike svih generacija radi sprovođenja inovativnog praktičnog rada, sa odgovarajućim procenama rizika. M. oleifera se može kupiti putem interneta, ukoliko nemate dovoljno sreće da raste u vašoj okolini, a njegovi efekti na prečišćavanje vode se mogu porediti sa rezultatima drugih semena. Da li su semena M. oleifera zaista mnogo bolja? Mlađim učenicma bi moglo biti zabavno mlevenje različitih semena i pronalaženje novih načina merenja koliko bistrija postaje njihova prljava voda.

Stariji učenici mogu otići dalje i sprovesti istraživanja u vezi sa korišćenjem različitih delova semena, povezujući to sa biohemijom semena, ili porediti semena obrađivana na različite načine, npr. suva naspram svežih. Istraživanje naučne osnove procesa prečišćavanja na bazi semena sigurno će biti izazovno za najsposobnije učenike.

The article fits well into a number of curricular topics: biology of seeds / biochemistry of extracts; chemistry of water purification / physical behaviour of the salts; physics – perhaps something to do with investigating density of layers – and looking at alternative methods. The idea could form the basis of a cross-curricular project with social science lessons, because of the good links with sustainability and renewable resources.

Članak se dobro uklapa u brojne teme nastavnog plana i programa: biologija semena / biohemija ekstrakata; hemija prečišćavanja vode / fizičko ponašanje soli; fizika – možda nešto u vezi sa istraživanjem gustine slojeva - i traženje alternativnih metoda. Ideja može obrazovati osnovu projekta unakrsnog plana i programa sa društvenim naukama, zbog dobrih veza sa održivošću i obnovljivim izvorima:

• Moringa oleifera je samo jedna od 14 vrsta ‘čudesnog drveta’. Koji deo naučnog imena predstavlja rod, a koji vrstu?
  
  (odgovor: rod: Moringa; vrsta: Moringa oleifera)


• U ovom članku, dato je mnoštvo primera primene moringe, uključujući lekove, hranu i jestivo ulje. Predložite koji delovi drveta se mogu koristiti za koju od namena datih u članku.
  
  (Odgovori ne moraju biti tačni, s obzirom da se od učenika ne očekuje da znaju, ali bi trebalo da iznose odgovarajuće predloge, npr. ulje iz semena; lekovi iz bilo kog dela; hrana iz plodova; pesticidi iz listova; sredstvo za čišćenje iz korenja.)


• Moringe ‘ponovo izrastu nakon što bivaju posečene’ i takođe su opisane kao da su ‘od retkih drveta koja proizvode plodove tokom suše’. Navedite koje bi adaptacije ovo drveće u tom smislu moglo posedovati.
  
  (Odgovor: ponovo, od učenika se ne očekuje da znaju odgovor, ali mogu doći do mogućih ideja poput onih da novo drveće raste iz semena koja su rasuta pre nego što je drvo posečeno, ili da seča deluje tako što uzrokuje rast velikog broja novih grana. Sposobnost da se produkuju plodovi tokom suše može biti prouzrokovana obimnim korenovim sistemom (dubok i / ili širok, kao oni kod kaktusa), listovima koji smanjuju intenzitet transpiracije, ili mehanizmima za apsorpciju rose, kakvi su površinski korenovi.)

Takođe, članak može predstavljati osnovu za diskusiju. Moguće teme su:

• Dokaz za/ protiv veze aluminijuma sa neurodegenerativnim bolestima


• Još neobičnije upotrebe biljaka


• Uloga medija u stvaranju panike u javnosti zasnovanoj na slaboj naučnoj bazi (poput pada u prodaji aluminijumskih tiganja nakon tvrdnje da su možda štetni)


• Građanske inicijative i / ili tematski dani zasnovani na dostupnosti vode širom sveta.

Sue Howarth, Ujedinjeno Kraljevstvo

---

Preporuke stručnjaka: Biologija, Hemija, Biohemija, Fizika, Lično, socijalno i zdravstveno obrazovanje Uzrast 7-18