Dankzij ethyleen bederft één rotte appel het geheel. Arne Dedert/Getty Images hide caption
toggle caption
Arne Dedert/Getty Images
Dankzij ethyleen bederft één rotte appel het lot.
Arne Dedert/Getty Images
Als je ooit hebt geprobeerd een stuk fruit te laten rijpen door het in een zak met een banaan te stoppen, heb je de kracht van ethyleen benut.
Ethyleen is een belangrijk plantenhormoon. In bananen en veel andere vruchten neemt de productie van ethyleen toe als de vrucht rijp is. Deze golf zet de transformatie in gang van een harde, groene, saaie vrucht in een mals, opzichtig, zoet ding dat klaar is om te worden gegeten.
Wetenschappers hebben de rol van ethyleen in de fysiologie van planten al meer dan een eeuw bestudeerd en de voedingsmiddelenindustrie gebruikt het gas al lang om de rijping te manipuleren. Maar hoe fruit de productie van het hormoon regelt, is een mysterie gebleven. Nu hebben wetenschappers een hoofdschakelaar gevonden die de plant ertoe aanzet de ethyleenproductie op te voeren als de tijd rijp is.
In een studie die maandag in Nature Plants is gepubliceerd, hebben onderzoekers ontdekt dat voordat een vrucht rijp is, deze hoofdschakelaar voorkomt dat rijpingsgerelateerde genen worden aangezet voordat het zover is.
Het omzetten van de hoofdschakelaar “is als het breken van het glas van een brandalarm,” zegt studiecoauteur James Giovannoni, een moleculair plantenbioloog aan het Amerikaanse ministerie van Landbouw en Cornell University. “Als je eenmaal aan die hendel trekt, begint er echt van alles te gebeuren.”
De schakelaar is cruciaal omdat te vroeg rijpen nare gevolgen kan hebben voor de plant – hij zou de kans op voortplanting kunnen missen. Het maken van vlezige, heerlijke vruchten is een strategie: het eindspel is een dier zover te krijgen dat het de vrucht eet en de zaden erin verspreidt.
Wanneer de rijpingsschakelaar wordt geactiveerd, worden genen geactiveerd. Dit maakt de vrucht uiteindelijk eetrijp: de plant voert de suikerproductie in de vrucht op en begint zoet ruikende verbindingen te maken om de neus van het dier te verleiden en pigmenten die de aandacht van het dier trekken.
In sommige vruchten leidt het omzetten van de rijpingsschakelaar ook tot de activering van machines voor het maken van ethyleen. Het rijpen van fruit gebeurt niet in één moment, maar in de loop van de tijd. Zodra de vrucht ethyleen begint te produceren, zorgt het hormoon ervoor dat alles wat moet worden aangezet, ook wordt aangezet, zodat het rijpingsproces doorgaat.
Dit verklaart waarom de truc met de banaan in de zak werkt en waarom hij soms niet werkt. Als een vrucht wordt blootgesteld aan ethyleen lang voordat hij rijp is, zal het niet veel doen. Bij sommige vruchten kan het zelfs de rijping belemmeren. Maar bij bepaalde vruchten zal blootstelling aan het gas in het kritieke venster de rijping versnellen. We weten nu dat voor vruchten als appels, bananen, perziken, mango’s, peren en tomaten, dit venster opengaat wanneer de hoofdschakelaar wordt omgezet. Voor vruchten die ethyleen negeren, zoals druiven, ananassen en veel bessen, werkt de zakjestruc niet.
Het bepalen van wanneer en waar ethyleen wordt aangezet, is een delicate evenwichtsoefening voor de plant. Ethyleen is niet alleen betrokken bij rijping, het is ook een stresshormoon. Wanneer een deel van de plant, zoals een blad, wordt aangevallen of beschadigd, zet ethyleen het rottingsproces in gang, waardoor beschadigde delen verdorren en amputeren.
Het is intuïtief logisch dat ethyleen betrokken is bij zowel rijping als rotting, zegt Harry Klee, een expert in de genetica en biochemie van fruit aan de Universiteit van Florida in Gainesville, die niet bij de studie betrokken was.
“Het rijpen van fruit is het begin van rotting,” zegt Klee. “We plukken het en eten het op een bepaald moment, maar het is op weg om een zak brij te worden.”
Mensen hebben de rijpingskrachten van ethyleen eeuwenlang benut. Oude Egyptenaren sneden in vijgen, waardoor ethyleen vrijkwam en het rijpingsproces werd bevorderd. Chinese boeren lieten peren rijpen door wierook te branden in de perenopslagplaatsen. Het gezegde “één slechte appel bederft de boel” verwijst naar het feit dat ethyleen dat vrijkomt bij een rottende appel, appels in de buurt ertoe aanzet te rijpen en uiteindelijk ook te rotten.
Een kritische observatie van de stressgerelateerde activiteit van ethyleen kwam aan het eind van de 19e eeuw, toen wetenschappers merkten dat gas dat door straatlantaarns werd uitgestoten, bomen in de buurt aanzette tot verdorren en het laten vallen van hun bladeren.
Heden ten dage manipuleren distributeurs van producten regelmatig het rijpingsproces van vruchten die reageren op ethyleen. Bananen, tomaten, perziken, peren en sommige andere vruchten worden vaak geplukt als ze bijna rijp zijn. Deze vruchten worden verscheept als ze nog stevig zijn en minder snel beschadigen. Vervolgens laten distributeurs ethyleen vrijkomen in de opslagplaats waar het fruit wordt opgeslagen, waardoor het verder rijpt voordat het op de markt wordt gebracht. (Dit kan soms rampzalig zijn, ethyleen is brandbaar en explosies in fruitpakhuizen hebben mensenlevens gekost).
De ontdekking van de rijpingsschakelaar zou een nog fijnere regulering van het proces mogelijk kunnen maken, zegt Klee. En de gegevens die in de nieuwe studie worden gegenereerd, kunnen onderzoekers helpen bij het onderzoeken van een hele reeks andere kwesties die met rijping te maken hebben, waaronder smaak.
Een paar jaar geleden ontdekten Klee en zijn collega’s waarom tomaten hun smaak verliezen nadat ze in de koelkast hebben gelegen: De koeling verandert de activiteit van belangrijke smaak-gerelateerde genen. De nieuwe studie suggereert dat een soortgelijke rijpingsschakelaar de boosdoener kan zijn voor smaakloos fruit.
Het onderzoek kan veredelaars ook helpen inzicht te krijgen in de rijping van fruit dat minder bestudeerd is dan tomaten of bananen. Omdat de wetenschappers de genen hebben kunnen identificeren die door de rijpingsschakelaar worden geactiveerd, kunnen veredelaars nu op zoek gaan naar verschillende versies van die genen in wilde vruchtenpopulaties. Dit kan leiden tot de ontdekking van nieuwe variëteiten die er langer of korter over doen om te rijpen – het soort ontdekkingen dat ons fruit brengt, zelfs als het buiten het seizoen is.
Door te detecteren wanneer de rijpingsschakelaar in werking kan worden gesteld, krijgen de telers een betere kans om het perfecte rijpingsvenster te vinden. En als ze het kunnen toepassen op een hele reeks vruchten, zou dat voor ons nog meer variatie in de supermarktgangen kunnen betekenen.
Rachel Ehrenberg is een freelance journalist uit Boston. Ze schrijft over het snijvlak van wetenschap, voedsel, mensen en beleid. Volg haar op Twitter.