Moringa: naukowa interpretacja cudownego drzewa Understand article

Tłumaczenie: Jadwiga Schreiber. Moringa od dawna uważana jest za cudowne drzewo. Sue Nelson i Marlene Rau opowiadają o badaniach naukowych nad właściwościami tych niezwykłych roślin..

U podnóży Himalajów rosną drzewa, około pięć do dziesięciu metrów wysokie, z pęczkami małych owalnych liści i delikatnie pachnącymi kwiatami, kremowego koloru. Są to drzewa Moringi olejnodajnej (Moringa oleifera) – najczęściej uprawianego z 14 gatunków z rodziny moringoatych drzewa, zwanego również „cudownym drzewem”.

“Nazywane jest ono cudownym drzewem gdyż każda jego część jest pożyteczna”, mówi Balbir Mathur, prezydent Trees for Life International^w1, amerykańskiej organizacji non-profit, która dostarcza pomocy rozwojowej poprzez sadzenie drzew owocowych, między innymi właśnie moringi. „Korzenie, liście, kora, części owoców oraz nasion – wszystko może zostać wykorzystane i lista zastosowań staje się coraz dłuższa”

Informacje dostępne w prasie na temat cudownych właściwości tego drzewa mogą być przesadzone, choć niezaprzeczalnie ma ono wyjątkowe cechy. Pierwotnie moringa pochodzi z północnych Indii, ale dziś występuje powszechnie w całej Azji, Afryce i Ameryce Łanickiej. Przez setki lat w osadach rozwijających się krajów moringa, a raczej jej poszczególne części, wykorzystane byłe na różne sposoby: jako lekarstwo, pokarm, źródło oleju, naturalny pestycyd, środek czyszczący, a ostatnio nawet, jako biopaliwo.

Moringa jest niezwykle wytrzymała. W Afryce znana jest ona jako nebedies, co oznacza „nigdy nieumierające drzewo”, gdyż rośnie ona na mało wydajnej ziemi, odrasta po wycięciu i jako jedno z nielicznych drzew na ziemi, produkuje owoce w okresie suszy.

Mimo to, to jeszcze inna, równie przydatna właściwość Moringi oleifera zafascynowała naukowców: zmiażdżone nasiona moringi są w stanie oczyścić zanieczyszczoną wodę. Właściwość ta może uratować życie wielu ludziom: Światowa Organizacja Zdrowia (World Health Organization) szacuje, że zanieczyszczona woda, złe warunki sanitarne i niewystarczająca higiena zabija rocznie 1,6 milionów ludzi na świecie.

Oczyszczanie wody następuje w dwóch etapach. Najpierw woda musi zostać oczyszczona z substancji takich ja minerały, resztki roślin i bakterii. Ponieważ nie wszystkie zabrudzenia z taką samą łatwością opadają na dno podczas oczyszczania, do wody dodaje się środki koagulacyjne, które pomagają „skleić” te zanieczyszczenia ze sobą, umożliwiając ich wyłapanie przez filtry oczyszczające czy też ich łatwiejszą sedymentację. Drugim etapem jest dezynfekcja, mająca na celu zabicie patogenów; do tego celu używa się związków chloru, ozonu, wodoru i ultrafioletu.

Moringa oleifera może znaleźć zastosowanie w pierwszym etapie oczyszczania – nie tylko w krajach rozwijających się, ale również w wysoko rozwiniętych państwach. Do uzdatniania wody przemysłowej, najczęściej używanymi dziś środkami koagulacyjnymi są sole aluminium. Większość z substancji usuwanych z wody posiada ładunek elektryczny (są to sole w postaci jonów; przy. tłumacza), i dlatego jako środków koagulacyjnych używa się jonów; ponieważ efektywność takich koagulatów wzrasta do kwadratu z ich ładunkiem, jony wielowartościowe są bardzo wydajne np. aluminium. Z drugiej strony jednak istnieje przypuszczenie, że długotrwała ekspozycja na aluminium (znajdujące się w wodzie) może spowodować rozwój chorób neurodegeneracyjnych. Sole żelaza są alternatywnym rozwiązaniem, choć ich zastosowanie jest trudniejsze gdyż ich rozpuszczalność zmienia się ze zmianą pH.

Inne rodzaje środków koagulacyjnych zawierają np. syntetyczne polimery. Środki te, podobnie jak wspomniane wyżej koagulaty, sklejają zanieczyszczenia, które następnie trzeba usunąć z wody. Choć nie wywołują one chorób neurodegeneracyjnych, nie ulegają one biodegradacji i przez to nie są wyjątkowo dobrą alternatywą.

Ponieważ M. oleifera jest nietoksyczna oraz ulega biodegradacji, jak również jej nasiona mają zdolność usuwania mętności wody, gliny oraz bakterii , jest ona podobnie efektywna jak sole aluminium (zobacz Ghebremichael et al., 2005), i wydaje się być bardzo dobrą alternatywą.

Na obszarach rolniczych Sudanu, kobiety już od dawna używają M. oleifera do oczyszczania wody: woda z Nilu pobierana jest do wiadra i zanurzany jest w niej materiałowy woreczek na sznurku, wypełniony zmielonymi nasionami moringi. Woreczkiem tym wykonuje się okrężne ruch w zabrudzonej wodzie aż do momentu, kiedy zabrudzenia oraz bakterie zlepią się z proszkiem M. oleifera i opadną na dno wiadra. Aby woda ta nadawała się do picia, wymaga ona dalszego oczyszczenia – poprzez gotowanie, flirtowanie przez piasek czy też poprzez eskpozycję na światło w czystej butelce na kilka godzin Folkard et al., 1999). Sami moglibyście wypróbować tą technikę oczyszczania np. na lekcji, razem z nauczycielem (patrz ramka).

Mimo udanych badań pilotażowych przeprowadzonych w Thyolo w Malawi podczas uzdatniania wód tych terenów w latach 1989-1994 (zobacz Folkard & Sutherland, 2002), rozwój przemysłowych metod oczyszczania wody za pomocą moringi musi bazować na dokładnej znajomości procesów zachodzących podczas takiego oczyszczania. Naukowcy ustalili, że aktywnym składnikiem nasion moringi są białka, stanowiące 30-40% wagi nasiona. Co najmniej dwa różne białka są aktywne: są one rozpuszczalne w wodzie oraz stosunkowo małe, 6-16 kDa, więc z łatwością wydostają się przez dziurki w tkaninie woreczka używanego podczas oczyszczania. W wysokiej koncentracji białka te agregują w roztworze ze względu na liczne regiony hydrofobowe. Białka te adsorbują (osadzają się) na cząsteczkach zanieczyszczeń, które następnie zlepiają się ze sobą i są łatwiejsze do usunięcia.

Jak jednak dochodzi do zlepiania zanieczyszczeń? Naukowcy z Uniwersytetu z Upsali, w Szwecji i Uniwersytetu w Gaborone w Botswanie badają to zjawisko (zobacz Kwaambwa et al., 2010). Wyizolowali oni ekstrakt wszystkich rozpuszczalnych w wodzie białek nasion moringi, by zbadać jak białka te adsorbują na granicy wody i krzemionki (dwutlenku krzemu, SiO₂), jako modelu granicy wody z minerałami.

Zespół naukowców przeprowadzających badania w Instytucie Laue-Langevin^w2 w Grenoble, we Francji, wykorzystał do tego metodę reflektometrii neutronowej, w której wiązki neutronów mierzą grubość, gęstość oraz chropowatość tworzonych warstw białkowych.

Jak działa ta metoda? Kiedy widzisz w kałuży plamę benzyny, na pewno zauważyłeś, że mieni się ona wieloma błyszczącymi kolorami: światło odbija się, bowiem od górnej i dolnej strony benzyny. Odbite w benzynie fale światła są lekko wytrącone z ich fazy i w zależności od grubości takiej plamy benzyny, fale światła albo się wzajemnie dodają albo znoszą, powodując różnego koloru barwy. Dużo więcej materiałów jest przeźroczystych dla neutronów niż jest dla światła (tzn. jest „ignorowanych” przez neutrony; białka są „widoczne” dla neutronów; przyp. tłumacza), dodatkowo długość fali neutronów jest około tysiąc razy krótsza (0.2-2 nm) niż światła (0.5 µm) i dlatego wiązką neutronów można mierzyć warstwy białek o grubości nawet jednej cząsteczk.

Biała wiązka neutronów rzucana jest na próbkę, a odbicie mierzone jest, jako funkcja „koloru” neutronu (określony kolor odpowiada określonej długości fali odbicia), mówiąca naukowcom ile cząsteczek tworzy grubość próbki, jak gęsto upakowane są te cząstki oraz jak chropowata jest powierzchnia tej próbki.

W badaniach nad M.oleifera, naukowcy zaobserwowali, że białka nasion tworzą (w roztworze) gęsto upakowane warstwy, o grubościach większych niż jedna cząsteczka, nawet przy koncentracjach tak niskich jak 0,025 wt% (suchej masy) – sugerując, że interakcja ta jest bardzo efektywna. Powierzchnia takiej warstwy jest zaskakująco gładka, ale rozmieszczenie białek M. oleifera nie jest jednolite w grubszych warstwach (osadzających się na próbce krzemionki; patrz wyżej; przyp. tłumacza): im dalej od powierzchni krzemionki tym więcej cząsteczek wody znajduje się pomiędzy białkami, zmieniając gęstość białek; takie różnice w gęstości detektowane są przez odbicie neutronów (zobacz diagram po lewej stronie).

Badania sugerują, zatem, że proces sklejania jest bardzo efektywny, gdyż białka M. oleifera wykazują wysokie powinowactwo do powierzchni minerałów, jak również do innych cząsteczek swoich białek, nawet przy ich bardzo niskiej koncentracji. Dzieje się tak z powodu hydrofobowych regionów tych białek oraz faktu, że choć generalnie białka te są elektrycznie neutralne, różne jego części, posiadające przeciwne ładunki, ulegają jonizacji.

Badania nad M. oleifera są kontunuowanie, w celu opracowania nietoksycznego, ulegającego biodegradacji środka oczyszczającego wodę, oraz do którego produkcji materiały będą lokalnie dostępne oraz tańsze niż sole aluminium. Podczas badań nasuwa się wiele pytań jak np. ile białek nasion będzie potrzebnych, czy inne białka lub biopolimery byłyby równie efektywne oraz czy inne zanieczyszczenia w wodzie jak np. naturalne detergenty, wpłyną na efektywność tego procesu.

Mathur z zadowoleniem śledzi badania naukowe nad M. oleifera: „Uważamy, że moringa jest bardzo ważna i należy zwrócić na nią uwagę naukowców, by pobudzić dalsze badania”. „Moringa nie jest powszechnie znana w krajach zachodnich, gdyż tam nie występuje”. W przyszłości zwyczajowa nazwa tego drzewa może stać się rzeczywistością. „Moringa może ocalić życie milionom ludzi na całym świecie w nadchodzących latach” mówi Mathur. „Trudno zebrać w kilka słów jak bardzo ważne jest to drzewo”.

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 –międzynarodowa organizacja udostępniająca informacje i forum o pożytecznych drzewach i roślinach, promująca już od wielu lat zalety moringi, wysyłając informacje oraz literaturę o tym drzewie do uniwersytetów, ambasad, kierujących państwami czy też wydawców pomocy dydaktycznych. Zobacz: www.treesforlife.org
• w2 – Aby dowiedzieć się więcej na temat Instytutu Laue-Langevin, zobacz: www.ill.eu

Institutions

Author(s)

Sue Nelson jest uznawaną, wielokrotnie nagradzaną dziennikarką naukową oraz pisarką w Wielkiej Brytanii. Po studiach fizycznych, Sue studiowała nauki o kosmosie oraz astronomię na Uniwersytecie Michigan, biorąc udział w programie Knight Wallace journalism fellow w roku 2002. Ostatnio Sue ukończyła również jednoroczne stypendium Nesta Dream Time, publikując dramaty naukowe. Jej raporty pojawiają się na wszystkich krajowych stacjach telewizyjnych BBC oraz w radiowych biuletynach informacyjnych. Jest ona również ko-autorem ksiąki popularnonaukowej ptt. How to Clone the Perfect Blonde. Sue pisze również artykuły do The Sunday Times, The Observer, The Guardian i The Independent jak również liczne komentarze do kolumny naukowej w Times.

Dr. Marlene Rau urodziła się w Niemczech a wychowała w Hiszpanii. Po ukończeniu doktoratu w dziedzinie biologii rozwojowej przy European Molecular Biology Laboratory w Heidelbergu, Niemczech, studiowała dziennikarstwo i podjęła pracę w komunikacji naukowej. Od roku 2008 jest ona jednym z edytorów Science in School.

Review

Ten artykuł daje do myślenia: za pomocą faktów naukowych (właściwości wiązań jonowych, technika refleksji neutronów) wyjaśnia sytuację z życia wziętą (użycie nasion do oczyszczania wody).

Skuteczność, opisanej w tym artykule metody może być przetestowana z uczniami każdego wieku. Będzie to ciekawa, niekonwencjonalne praca praktyczna. Nasiona M. oleifera można kupić w internecine, jeśli drzewo to nie rośnie w twojej okolicy; efektywność nasion moringi można porównać z nasionami innych roślin. Czy nasiona M. oleifera naprawdę okażą się skuteczne? Uczniowie mogą mieć dobra zabawę zbierając różne nasiona oraz testując, jakość wody jej po oczyszczeniu.

Starsi uczniowie mogą przeprowadzić dalszą analizę, np. sprawdzając efektywność czy też biochemiczne właściwości różnych części nasion, czy też porównując efektywność świeżych nasion z wysuszonymi. Dochodzenie naukowych mechanizmów skuteczności tych nasion na oczyszczanie wody będzie wyzwaniem nawet dla najlepszych uczniów.

Artykuł ten pasuje do wielu tematów omawianych na lekcjach: biologia nasion/ biochemia ekstraktów; chemia zasad oczyszczania wody/ właściwości soli; fizyka – np. jak zbadać gęstość obiektów czy ich warstw oraz alternatywne sposoby takich pomiarów. Badania nad M. oleifera dają możliwość interdyscyplinarnego projektu naukowego oraz socjalnego, poruszającego również temat zrównoważonego rozwoju oraz odnawialnych zasobów naturalnych.

Artykuł ten jest dobrym źródłem na test sprawdzający dla uczniów powyżej 16 lat. Przykładowe pytania sprawdzające podane są poniżej:

• Moringa oleifera to jeden z 14 gatunków “cudownego drzewa”. Która część jej naukowej nazwy określa rodzaj a która gatunek?

  (Odpowiedź: rodzaj: Moringa; gatunek: Moringa oleifera)

• W artykule tym podano wiele zastosowań moringi, spełniającej funkcję, jako lekarstwo, pożywienie czy olej kuchenny. Które części drzewa nadają się, do którego zastosowania?

  (Nie wszyscy uczniowie będą znać odpowiedź na to pytanie, ale powinni oni być w stanie logicznie wywnioskować, że np. olej produkuje się z nasion; lekarstwo może powstać z każdej części drzewa; pożywienie jest najczęściej w formie owocu; pestycydy może by wyprodukować z liści; środki czystości z korzeni drzewa.)

• Moringi odrastają nawet po ich ścięciu oraz jako jedne z niewielu gatunków drzew, dają owoce nawet w okresie suszy. Zaproponuj, jakie dostosowanie mogą posiadać te drzewa, aby właściwości te były możliwe.

  (Odpowiedź: być może uczniowie nie będą znać prawidłowej odpowiedzi, ale może zaproponują, że zanim drzewa zostaną ścięte uda im się rozsiać nasiona, lub, że ścięcie drzewa stymuluje je do wypuszczenia większej ilości gałęzi. Produkcja owoców w czasie suszy mogłaby być możliwa dzięki np. wyjątkowo głębokiego i rozbudowanego systemu korzeniowego (np. podobnie jak kaktusy), liściom zmniejszającym tempo respiracji czy też mechanizmom absorbowania wilgotności (np. korzenie mangrowe.)

Artykuł ten może być wstępem do dyskusji. Przykładowe tematy znajdują się poniżej:

• Dowody za/przeciw zaangażowaniu aluminium w wywoływaniu chorób neurodegeneracyjnych.
• Inne, nietypowe zastosowania roślin/drzew
• Rola mediów w rozpowszechnianiu informacji nieposiadających solidnego naukowego potwierdzenia (np. spadek sprzedaży garnków aluminiowych, po opublikowaniu informacji, że być może aluminium jest szkodliwe)
• Prawa obywatelskie ludzi żyjących na ziemi oraz problem z dostępnością do czystej wody na świecie.

Sue Howarth, Wielka Brytania

License

CC-BY-NC-ND

Download

Download this article as a PDF