Když se večer rozsvítí město, světlo obvykle pochází z elektřiny. Vědci už několik let zkoumají jinou možnost: zda by zdrojem světla mohla být rostlina. Jednu z prvních cest ukázali vědci z Massachusettského technologického institutu (MIT).
Už v roce 2017 vytvořili rostliny, jejichž listy dokázaly vydávat světlo. Do listů řeřichy pomocí nanočástic dopravili tři součásti bioluminiscenční reakce – enzym luciferázu, látku luciferin a koenzym A. Výsledkem byla rostlina, která ve tmě svítila několik hodin.
„Vizí je vytvořit rostlinu, která bude fungovat jako stolní lampa, kterou nemusíte zapojovat do zásuvky. Světlo vzniká samotným energetickým metabolismem rostliny,“ uvedl tehdy Michael Strano, profesor chemického inženýrství na MIT a hlavní autor studie.
Výzkumníci přitom nepřemýšleli jen o pokojových rostlinách. Jednou z možných aplikací měly být i stromy, které by poskytovaly alespoň část světla ve veřejném prostoru.
Rostlina svítila, ale na čtení nestačila
První experiment měl především ověřit, zda je takový princip vůbec možný. Přibližně deset centimetrů vysoká řeřicha vydávala jen asi tisícinu světla potřebného ke čtení. Zpočátku zářila přibližně 45 minut, později vědci úpravou koncentrace jednotlivých složek a způsobu jejich uvolňování prodloužili dobu svícení zhruba na tři a půl hodiny. Světlo zůstávalo velmi slabé, experiment však ukázal něco podstatného: živá rostlina může fungovat jako biologický zdroj světla.
Technologii vědci vyzkoušeli také na rukole, kapustě a špenátu. Teoreticky by tak bylo možné ošetřit nanočásticemi nejen malé laboratorní rostliny, ale i větší rostliny a stromy.
„Naším cílem je provést jediné ošetření, když je rostlina ještě sazenicí nebo už vzrostlou rostlinou, a dosáhnout toho, aby účinek vydržel po celý její život,“ uvedl Strano. Tato technologie ale měla jednu zásadní nevýhodu: rostlina si potřebné látky sama nevyráběla. Výzkumníci je museli do listů dodat zvenčí. Další vývoj se proto vydal jiným směrem.
Geneticky upravená rostlina si světlo vyrábí sama
Existují v zásadě dva způsoby, jak rostlinu rozsvítit. První je dočasný – vědci do ní dodají látky potřebné k bioluminiscenční reakci. Druhý je mnohem zásadnější: geneticky upravit rostlinu tak, aby si celý mechanismus vytvářela sama. Právě tento přístup se v posledních letech výrazně posunul. Bioluminiscence je přirozený jev známý například u světlušek, některých mořských živočichů a hub. U vyšších rostlin se přirozeně nevyskytuje, a vědci se proto snaží potřebný mechanismus přenést do jejich buněk.
Výrazný posun přišel v roce 2020. Mezinárodní tým vytvořil geneticky upravený tabák, který využíval bioluminiscenční mechanismus objevený u houby Neonothopanus nambi. Rostlina dokázala využít látky, které už jsou součástí jejího vlastního metabolismu, a přeměnit je na luciferin – molekulu potřebnou pro vznik světla. Nemusela tedy dostávat luciferin zvenčí a dokázala svítit průběžně sama.
Právě tento princip patří podle odborného přehledu publikovaného v roce 2026 mezi nejperspektivnější směry vývoje. Výzkum se tak posouvá od rostlin, které pouze krátce reagují na dodané látky, k organismům schopným bioluminiscenci vytvářet samostatně.
Z houby do listu
Celý mechanismus je složitější než jednoduché přidání jediného genu. Vědci museli do rostliny přenést celou biochemickou dráhu vedoucí ke vzniku světla. U houby Neonothopanus nambi je tato dráha napojená na kyselinu kávovou, která je běžnou součástí metabolismu rostlin. Geneticky upravená rostlina získá několik enzymů, které tento vlastní metabolismus využívají k tvorbě luciferinu. Ten následně reaguje za účasti luciferázy a vzniká světlo. Právě díky tomu může rostlina světlo vytvářet dlouhodobě a bez pravidelného doplňování potřebných látek.
Svítící rostlinu si můžete koupit
Technologie už navíc není pouze laboratorním experimentem. Americká biotechnologická společnost Light Bio uvedla na trh geneticky upravenou petúnii. Ta využívá právě bioluminiscenční mechanismus. Rostlina dokáže svítit po celý svůj životní cyklus, přičemž nejvýrazněji jsou světélkující její květy. V USA dostala petúnie povolení k pěstování a prodeji poté, co americké ministerstvo zemědělství dospělo k závěru, že nepředstavuje významné zemědělské riziko ve srovnání s běžnými pěstovanými petúniemi.
K pouličním stromům má ale tato technologie stále velmi daleko. Současné bioluminiscenční rostliny jsou především dekorativní. Odborný přehled publikovaný letos v časopise Frontiers in Bioengineering and Biotechnology uvádí, že intenzita jejich světla zůstává hluboko pod úrovní potřebnou pro skutečné funkční osvětlení. Nejbližší využití proto autoři vidí především v okrasném zahradnictví, uměleckých a vzdělávacích instalacích nebo experimentálních senzorech.
Rostlina jako baterie?
Genetická úprava ale není jedinou cestou, kterou se vědci vydali. Výzkumníci z MIT v roce 2021 představili takzvaný „světelný kondenzátor“. Do listů rostlin vložili nanočástice ze sloučeniny, která dokáže během dne absorbovat světlo a následně ho po určitou dobu uvolňovat jako slabé záření.
Po pouhých deseti sekundách nabíjení mohly upravené rostliny několik minut svítit a následně je bylo možné znovu nabít. Vědci technologii vyzkoušeli mimo jiné na bazalce, řeřiše a tabáku. U rostliny zvané sloní ucho dokázali rozsvítit listy široké více než 30 centimetrů. Princip se přitom liší od geneticky upravených bioluminiscenčních rostlin. Rostlina v tomto případě světlo sama nevyrábí. Nanočástice ho nejprve absorbují a následně ho postupně vyzařují. MIT zkoumal také možnost propojit tento přístup s bioluminiscenčními nanočásticemi a vytvořit rostliny, které by dokázaly svítit déle a jasněji.
Proč vůbec nahrazovat lampy rostlinami?
Na první pohled může myšlenka působit hlavně jako technologická kuriozita. Vědci v ní ale vidí širší možnost využití rostlin jako biologických systémů, které by mohly jednou částečně zastoupit některé funkce dnešní elektroniky. Rostliny mají vlastní energetický systém, rostou, opravují poškozené části a prostřednictvím fotosyntézy získávají energii. Právě tato schopnost z nich dělá zajímavou platformu pro biotechnologie. Světlo je přitom jen jednou z funkcí, které se do nich vědci snaží zabudovat.
Největší překážkou zůstává intenzita. Aby strom skutečně nahradil pouliční lampu, musel by svítit o mnoho řádů silněji než dnešní experimentální rostliny. Bude proto potřeba výrazně zvýšit účinnost enzymů a zároveň lépe regulovat celý biochemický proces. Rostlina totiž musí během svého života zvládat řadu dalších úkolů – růst, fotosyntetizovat, reagovat na stres, opravovat poškození a rozmnožovat se. Výroba světla představuje další metabolickou zátěž.
Každé světlo má ale i svou temnou stránku
A právě tady se futuristická představa začíná komplikovat. Pokud by města někdy skutečně zaplnily svítící stromy, neřešilo by se jen to, zda poskytují dostatek světla. Vědci by museli zjistit také to, jak by jejich noční záře ovlivnila okolní organismy. O světelném znečištění už dnes víme, že může měnit chování živočichů i fungování ekosystémů.
Výzkum publikovaný v časopise Nature například sledoval vliv umělého nočního osvětlení na noční opylovače. V osvětlených lokalitách klesl počet jejich návštěv u rostlin o 62 procent. U sledované rostliny se následně snížilo množství vytvořených plodů o 13 procent, přestože ji navštěvovali také denní opylovači.
Neznamená to, že stejně by působily geneticky svítící rostliny. Jejich světlo je podstatně slabší a jeho vlastnosti mohou být jiné. Studie ale ukazuje, že noční světlo není pro přírodu neutrální. Pokud by se tedy jednou podařilo vytvořit dostatečně jasné svítící stromy a začaly by se ve velkém vysazovat podél ulic, v parcích nebo na náměstích, bylo by nutné sledovat jejich vliv na noční hmyz, opylování i další vztahy v ekosystému.
Otázkou není jen to, co by svítící rostlina udělala svému okolí, ale také co by světlo udělalo jí samotné. Bioluminiscenční reakce potřebuje látky a energii a spotřebovává část metabolické kapacity organismu. Vědci proto řeší takzvanou metabolickou zátěž. U krátkověké okrasné rostliny to nemusí představovat zásadní problém. U stromu, který má růst desítky let, je situace podstatně složitější. Jednou z možných cest je regulace svícení. Rostlina by nemusela zářit celou noc a za všech okolností. Vědci pracují s představou, že by bylo možné bioluminiscenci zapínat pouze v určité části rostliny nebo v konkrétní denní či vývojové fázi.
A co když se svítící gen dostane do přírody?
U geneticky upravených rostlin přibývá ještě jedna otázka: co se stane, pokud se jejich nová vlastnost dostane mimo místo, kde ji vědci nebo pěstitelé zamýšleli? Neznamená to, že by se „svítící gen“ automaticky rozšířil do okolní přírody. U některých druhů by ale teoreticky mohl být přenesen pylem na kompatibilní příbuzné rostliny. Právě genový tok, stabilita genetické úpravy a její možné ekologické dopady patří mezi otázky, které bude potřeba řešit před širším využitím bioluminiscenčních rostlin. Jednou z možností, jak riziko omezit, může být využití sterilních rostlin nebo jiných mechanismů bránících šíření upravené vlastnosti.
To je důležité především u dlouhověkých rostlin. U geneticky upraveného stromu totiž nejde jen o to, co se stane během jednoho pěstitelského cyklu. Strom může v prostředí zůstat desítky let, produkovat pyl a semena a opakovaně vstupovat do kontaktu s okolním ekosystémem. Svítící strom je proto zatím spíš obrazem budoucnosti než reálnou náhradou pouliční lampy. Vědci už ale zvládli první a zásadní krok: naučili rostliny vytvářet světlo vlastními silami. Teď musí zjistit, jak jasné může být, jak dlouho může trvat a především jakou cenu za něj bude muset samotná rostlina zaplatit.
Zdroj: finegardening.com, scientificamerican.com, frontiersin.org, srg.mit.edu, nature.com, glowee.com
