À première vue, il est difficile de voir ce que l'or, le fer, le plomb, l'arsenic, l'argent, le platine et l'étain ont en commun. Un coup d'œil au tableau périodique dissipera la confusion :ce sont tous des métaux lourds, généralement classés comme les métaux dont le poids et la densité atomiques sont au moins cinq fois supérieurs à ceux de l'eau.

Ces métaux lourds et d'autres sont naturellement présents dans l'environnement et, dans certains cas, dans notre corps. Ils sont généralement considérés comme inoffensifs, mais à certains niveaux d'exposition, ils peuvent être toxiques pour la vie humaine, végétale et animale. Une surexposition aux métaux lourds peut retarder la croissance des plantes et réduire la production de graines.

Certaines plantes ont développé des traits qui augmentent leur tolérance aux métaux lourds. De nombreux chercheurs, dont moi-même, pensent que comprendre et exploiter ces traits évolutifs peut nous permettre de protéger les cultures agricoles des effets néfastes de la toxicité des métaux lourds.

Mes recherches portent sur l'amélioration de la tolérance des plantes aux métaux lourds, ce qui est particulièrement important dans un pays comme l'Afrique du Sud, où les activités minières contaminent les sols. Ces sols sont critiques pour l'agriculture.

Même les plantes d'une même famille utilisent des stratégies différentes pour faire face aux métaux. Certains prélèvent les métaux dans leurs racines et les transfèrent dans leurs feuilles; d'autres prennent les métaux et les maintiennent (immobiles) dans leurs racines. Ceci est important pour la sécurité alimentaire et la salubrité des aliments, car nous voulons des plantes capables de limiter l'absorption de métaux dans leurs parties comestibles. Cependant, comme mes collègues et moi-même le soulignons dans un récent article de synthèse, il n'est pas facile d'exploiter ces stratégies.

Exposition et risque

Le stress ou la toxicité des métaux lourds chez les plantes se produit lorsqu'elles sont exposées à des métaux lourds dans le sol.

Cette exposition est généralement le résultat de déchets et de polluants provenant d'activités humaines telles que l'agriculture, l'exploitation minière et l'industrie. En Afrique du Sud, l'exploitation minière est l'un des principaux responsables de la pollution par les métaux lourds.

Cela inhibe la croissance des plantes ou leur capacité à convertir la lumière du soleil en énergie essentielle grâce à la photosynthèse. Ou cela peut affecter la façon dont ils assimilent les nutriments ou comment ils réagissent à la sécheresse ou aux agents pathogènes nocifs.

Cela a des implications pour la production de cultures vivrières. Des études menées dans le monde entier ont montré que la toxicité des métaux lourds peut réduire les rendements des cultures ainsi que leur qualité. Les plantes médicinales peuvent également être affectées par les métaux lourds.

Comment font les plantes

Les plantes ont développé certains mécanismes pour repousser les effets des métaux lourds. I study one of these:signaling mechanisms that plants use to control the uptake of heavy metals—their "immune" response to heavy metals.

In much the same way as the human immune system is alerted to, monitors and responds to a pathogen, plants have evolved signaling mechanisms that help them to regulate their tolerance to heavy metals.

These signaling mechanisms are impressive. For example, plants can trigger signaling events to release low-molecular-weight ligands (ions or molecules) that tightly bind to the heavy metals and prevent them from moving from the roots.

But they're far from perfect. As human viruses like HIV and SARS-CoV-2 (the coronavirus behind COVID-19) have shown, certain pathogens can short-circuit the immune system. Heavy metals can do the same to the plant's signaling mechanisms by mimicking essential nutrients; for instance, the metal vanadium resembles phosphate.

Heavy metals like copper have also been shown to damage the membrane integrity of the cell walls in the roots of plants. Similarly, heavy metals can disrupt the construction of these cell walls; weakened walls make the cell lose structural integrity, which exposes the cellular membranes and causes cell death.

Heavy metals can also impair the work of the plasma membrane, which regulates the transport of material in and out of the plant cells. This blocks the uptake of essential nutrients by negating the function of numerous transporter proteins at work in the plasma membranes.

Useful lessons

Despite their shortcomings, these signaling mechanisms are powerful. That's why I study them:if we can tap into the way in which plants adapt to the threats from heavy metals, there's a chance that soil contaminated with heavy metals can be rejuvenated through the use of the right plants, or that this tolerance can be passed on to other plants, including food crops.

Our ongoing work, and that of others, is promising, but it's still early days. Perhaps one day soon, plants' clever adaptations will signal a change in how we deal with heavy metal toxicity. + Explorer plus loin

Exploring sources of heavy metals in atmospheric aerosols in the southeast Tibetan Plateau

Cet article est republié de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article d'origine.