Obrana rostlin světlem

Roku 1957 vyšla krásná kniha Naše jedovaté rostliny, jejímiž autory jsou V. Jirásek, R. Zadina, Z. Blažek a ilustrátorkou L. Jiřincová. Autoři na str. 19 píší: „Některé rostliny působí záněty po požití a následujícím dlouho trvajícím osvětlení sluncem... Tyto záněty se vyskytují v létě, kdy je den dlouhý, a to u zvířat, která jsou delší dobu na slunci... Přesný mechanizmus tohoto zjevu není dosud znám.“

Od té doby bylo vykonáno mnoho práce a současný stav v tomto vědním oboru líčí přehledně francouzská autorka Suzanne Féry-Forguesová (La Rechereche 290, 34–35, 1996). Podle ní využívají některé rostliny sluneční energii také ke zlepšení své chemické výbavy: tvoří molekuly, které jsou ve tmě prakticky neúčinné, ale vlivem světla se stávají škodlivé. Když tyto látky, nazývané fototoxiny, pozře býložravec nebo hmyz, jsou škody, které v něm vyvolají, různé podle množství přijatého světla a také podle velikosti živočicha. U býložravců velkého vzrůstu světlo téměř neproniká pod pokožku a změny se omezují jen na povrch jejich těl, kde dochází mnohdy k těžkým zánětům kolem úst, uší apod. Naproti tomu u hmyzu světlo prostupuje aspoň částečně jejich tělem a změny jsou pak často dostatečné, aby vyvolaly smrt škůdce.

Toxicita některých rostlin vlivem ozáření byla poznána a využívána už dávno. Tak např. Gérard chválil ve svém Herbáři z r. 1636 přípravky z třezalky tečkované (Hypericum perforatum) jako nejcennější léky pro hluboké rány. Souběžně s tím se poznalo, že tato rostlina vyvolává u dobytka, který ji sežral, kožní záněty, které se nehojí, pokud zvířata nejsou chována v přítmí nebo ve tmě. Antiseptický účinek v prvním uvedeném případě a fotosenzibilizace v případě druhém jsou podmíněny stejnou molekulou – hypericinem, který se po ozáření stává jedovatým.

Toto široké spektrum působení představuje jednu z vlastností fototoxinů, které jsou na světle vysoce agresivní a postrádají obyčejně jakoukoliv selektivitu. Někteří škůdci se však mohou živit fototoxickými rostlinami bez následků. Tak hmyz se např. chrání před světlem tím, že si vyhlodává chodbičky v rostlině a živí se jejími vnitřními pletivy, nebo vyvolává zkroucení listů a je pak kryt v trubičkách takto vzniklých, popř. se pase na rostlině jen v noci. Existují však druhy hmyzu rezistentní i na světlo, protože jejich těla světlo víceméně odrážejí, a tak jen slabě propouštějí, nebo je nepropouštějí vůbec. Do současné doby bylo izolováno více než 100 fototoxinů z rostlin řazených do 30 různých čeledí. Chemická stavba těchto sloučenin je velmi rozmanitá a také mechanizmus jejich působení se různí. Ale první etapa je vždy stejná: určitá molekula pohltí foton a přechází do excitovaného stavu, který je nestálý a o vysoké energii. Vzniklá aktivovaná molekula se dále může vyvíjet dvěma způsoby.

V prvním typu reakcí se toxin mění přímo během fotochemické reakce. Dobrým příkladem těchto přímých reakcí jsou psoralény (viz též G. Hocman, Vesmír 76, 475, 1997/8); ty rychle pronikají do nitra buněk škůdce, vážou se na molekuly deoxyribonukleových kyselin a poškozují je nevratným způsobem. Ale aktivovaná molekula může být také fotochemickým katalyzátorem, který se sice účastní reakce, avšak sám na konci děje není modifikován. Tyto fotosenzibilační reakce probíhají za přítomnosti kyslíku a vrcholí vznikem oxidačních produktů, vyvolaných zejména formou silně aktivovaného, tzv. singletového kyslíku. V buňce škůdce dochází k všeobecné oxidaci, která mění nebo potlačuje biologickou funkci biomolekul a vede často ke smrti buňky. S výjimkou psoralénů fungují rostlinné fototoxiny výlučně jako katalyzátory.

Od 70. let našeho století se agrochemie zabývá fototoxiny, a to s cílem přípravy nových pesticidů, tj. prostředků proti různým škůdcům. Agrochemický průmysl se zajímal hlavně o syntézu molekul, které se svou stavbou a účinností přibližují co nejvíce přirozeným barevným fototoxinům. Některé daly dobré výsledky jako fotopesticidy, i když je v obchodě pouze erytrozin B, který se používá úspěšně v boji proti larvám much v průmyslových drůbežárnách.

Agrochemici se dále zabývali fotopesticidy porfyrinovými, jež mění biosyntézu hemoglobinu a chlorofylu. Během biosyntézy uvedených barviv se tvoří běžně přechodné zplodiny, které jsou silně fototoxické. Proto četné organizmy – živočichové, rostliny a mikroorganizmy – pokud produkují jedno z těchto barviv, nosí v sobě na světle vlastní záhubu. Příroda zneškodnila tuto „časovanou bombu“, a to přísnou regulací její biosyntézy. Základní myšlenka pracovníků s fotopesticidy je proto narušovat tuto regulaci, aby se v buňkách škůdců nahromadila značná množství uvedených přechodných zplodin. Následkem toho produkují zmíněné organizmy na světle mnoho aktivovaného kyslíku, který je pro ně osudný.

Tento přístup vyvíjeli pracovníci na univerzitě v Mississippi od r. 1984. Podařilo se jim získat syntetické prostředky proti plevelům – herbicidy, které ničí jen některé rostliny, ale na jiné – např. na pšenici a kukuřici – nepůsobí. To se vysvětluje tak, že dráhy biosyntézy jsou u nich rozdílně regulovány. Ale lze doufat, že se v blízké budoucnosti dočkáme herbicidů s ještě větší selektivitou.

Pokroky agrochemie měly rovněž dopad na další obory, zejména v medicíně, kde jsou porfyriny a jejich deriváty užívány při fotodynamické léčbě některých nádorů (viz Marek Moša, Vesmír 74, 676, 1995/12), a to snadno přístupných, jako jsou tumory kůže a tumory gynekologické.