Wyobraź sobie, że podczas spaceru po lesie nie musisz martwić się o prowiant, bo Twoim obiadem mogłaby stać się kora drzewa lub opadłe gałęzie. Brzmi to jak scenariusz filmu science-fiction, ale w świecie biologii wszystko sprowadza się do enzymów. Ligninaza to enzym zdolny do rozkładania ligniny – niezwykle odpornego polimeru, który nadaje roślinom sztywność i sprawia, że drewno jest drewnem. Gdyby ludzki układ pokarmowy został wyposażony w to narzędzie, nasza dieta i sposób postrzegania żywności przeszłyby absolutną rewolucję.

Jak ligninaza zmieniłaby nasze codzienne menu?

Obecnie ligninę traktujemy jako część błonnika nierozpuszczalnego. Przechodzi ona przez nasz układ pokarmowy niemal nienaruszona, pełniąc funkcję „miotły” dla jelit, ale nie dostarczając nam żadnej energii. Posiadanie ligninazy zmieniłoby ten stan rzeczy o 180 stopni. Przede wszystkim, ogromna część biomasy, którą dziś wyrzucamy – jak twarde łodygi warzyw, słoma, a nawet trociny – stałaby się bogatym źródłem węglowodanów.

W praktyce oznaczałoby to, że moglibyśmy czerpać kalorie z produktów, które obecnie są całkowicie niejadalne. Dieta człowieka mogłaby opierać się na znacznie tańszych i powszechnie dostępnych surowcach. Problem głodu na świecie mógłby zostać drastycznie ograniczony, ponieważ „odpadki” rolnicze stałyby się pełnowartościowym posiłkiem. Zmieniłaby się też struktura naszych posiłków – zamiast miękkich produktów, nasze zęby i szczęki prawdopodobnie musiałyby wyewoluować, aby radzić sobie z rozdrabnianiem twardego, zdrewniałego materiału przed jego strawieniem.

Czy jakieś ssaki lub ptaki posiadają ligninazę?

Krótka i bezpośrednia odpowiedź brzmi: nie, żaden znany nauce ssak ani ptak nie produkuje własnej ligninazy. Ewolucja kręgowców nie wykształciła zdolności do samodzielnego wytwarzania tego enzymu. Rozkład ligniny jest procesem niezwykle trudnym chemicznie, wymagającym specyficznych warunków (często udziału wolnych rodników i nadtlenku wodoru), których komórki zwierzęce po prostu nie potrafią bezpiecznie przeprowadzić.

Nawet zwierzęta, które kojarzymy z jedzeniem drewna lub bardzo twardych roślin, nie robią tego „same”. Oto jak radzą sobie w naturze:

• Termity: Choć potrafią niszczyć drewniane konstrukcje, ich sukces opiera się na symbiozie. W ich jelitach żyją wyspecjalizowane pierwotniaki i bakterie, które wykonują za nie „brudną robotę” rozkładania ligniny i celulozy.
• Przeżuwacze (np. krowy): Posiadają skomplikowane żołądki pełne mikroorganizmów. Choć świetnie radzą sobie z celulozą, ich zdolność do trawienia samej ligniny jest wciąż bardzo ograniczona – większość ligniny i tak opuszcza ich organizm w postaci odchodów.
• Pandy wielkie: Ich dieta składa się niemal wyłącznie z bambusa, który jest mocno zdrewniały. Mimo to pandy mają układ pokarmowy typowy dla mięsożerców i trawią bambus bardzo nieefektywnie, polegając głównie na młodych pędach i ogromnych ilościach spożywanego pokarmu, by wycisnąć z niego choć trochę energii.

Kto w takim razie jest mistrzem rozkładu drewna?

Prawdziwymi królami ligninazy są grzyby, a konkretnie grzyby białej zgnilizny drewna. To jedyne organizmy na Ziemi, które opanowały proces całkowitego rozkładu ligniny do dwutlenku węgla i wody. Wykorzystują do tego zestaw enzymów, w tym peroksydazę ligninową. Bez nich lasy na całym świecie byłyby zasypane kilometrami nierozkładających się pni drzew.

Warto wspomnieć o pewnej ciekawostce historycznej: w okresie karbonu (około 300 milionów lat temu) grzyby te prawdopodobnie jeszcze nie istniały lub nie były tak powszechne. To właśnie dlatego martwe drzewa z tamtego okresu nie gniły, lecz gromadziły się i pod wpływem ciśnienia zamieniały w pokłady węgla kamiennego, z których korzystamy do dziś.

Dlaczego ewolucja nie dała nam tego enzymu?

Można by pomyśleć, że dostęp do tak ogromnego źródła pożywienia jak drewno byłby ewolucyjnym „strzałem w dziesiątkę”. Jednak proces rozkładu ligniny jest bardzo energochłonny i powolny. Zwierzęta potrzebują energii „tu i teraz”, aby uciekać przed drapieżnikami lub polować. Trawienie drewna wymagałoby gigantycznych układów pokarmowych i bardzo długiego czasu fermentacji, co uczyniłoby ssaki czy ptaki powolnymi i ociężałymi.

Gdybyśmy nagle zyskali ligninazę, nasza dieta stałaby się niezwykle tania, ale prawdopodobnie musielibyśmy spędzać większość dnia na żuciu i odpoczywaniu, aby pozwolić naszemu organizmowi na przeprowadzenie tej skomplikowanej operacji chemicznej. Na ten moment musimy więc pozostać przy warzywach, owocach i zbożach, zostawiając jedzenie drewna grzybom i mikroorganizmom.