Kadm to toksyczny metal ciężki, który naturalnie występuje w wielu glebach Ameryki Łacińskiej i Karaibów – tam, gdzie rośnie większość światowego kakaowca. Z gleby trafia do korzeni drzew, a stamtąd do ziaren, z których powstaje czekolada. Międzynarodowy zespół badaczy z Penn State University i kolumbijskiej Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria – AGROSAVIA, czyli tamtejszego instytutu badań rolniczych, sprawdził, dlaczego jedne odmiany kakaowca wchłaniają więcej kadmu niż inne, i znalazł konkretne różnice genetyczne, które mogą to tłumaczyć.
Wyniki, opublikowane 8 września 2026 roku w czasopiśmie Plant and Soil, dotyczą dwóch odmian o zupełnie różnym rodowodzie: PA121, zebranej z dzikich populacji w dorzeczu rzeki Marañón w Peru, oraz TSH660, wyhodowanej w Trynidadzie i Tobago z myślą o odporności na choroby i wysokich plonach. Obie odmiany pobierały kadm z podłoża, ale robiły to w zauważalnie różnym tempie i inaczej reagowały na jego obecność w tkankach.
Kiedy odłamujesz kostkę czekolady, śladowa ilość kadmu w środku zwykle nie ma żadnego znaczenia dla zdrowia. Problem zaczyna się dopiero przy wieloletniej ekspozycji na wyższe dawki, która grozi kruchością kości oraz uszkodzeniem nerek i płuc – wyjaśnia Siela Maximova z Penn State, jedna z dwóch głównych autorek badania. „Jednym z największych wyzwań w uprawie kakaowca jest kontrolowanie poziomu kadmu w ziarnach, zwłaszcza tam, gdzie gleba naturalnie go zawiera” – mówi badaczka. Jeśli gleba jest czysta, rośliny po prostu nie mają skąd wziąć kadmu. Gorzej, gdy jest go w niej sporo – wtedy jedynym wyjściem bywa sadzenie odmian, które same się przed nim bronią.
Dwie odmiany, jeden eksperyment
Naukowcy wyhodowali siewki obu odmian w warunkach hydroponicznych, w centrum badawczym AGROSAVIA w Palmirze w Kolumbii, i wystawili je na działanie kadmu w stężeniu 10 ppm. Aktywność genów śledzili tuż po ekspozycji – po zera, 24 i 48 godzinach – a stężenie metalu w tkankach zmierzyli dopiero po dwóch miesiącach. Taki rozstaw w czasie miał sens: badaczki chciały sprawdzić, czy szybka reakcja molekularna rośliny na kadm tłumaczy, dlaczego miesiące później jedna odmiana zawiera go więcej niż druga.
Różnica okazała się wyraźna. W korzeniach odmiany TSH660 kadmu było około 63 proc. tego, co w korzeniach PA121, a w liściach zaledwie 16 proc. W tym konkretnym eksperymencie to TSH660 pobierała mniej metalu i o wiele skuteczniej blokowała jego transport do części nadziemnych, a PA121 wchłaniała go więcej i przenosiła znacznie dalej. Widać to też w liczbie genów, które zmieniły aktywność po ekspozycji: w liściach PA121 po 48 godzinach było ich 1538, a u TSH660 – tylko 180. Mocniejsza reakcja PA121 nie oznaczała jednak skuteczniejszej obrony – wręcz przeciwnie, ta odmiana gromadziła więcej kadmu mimo intensywniejszej pracy komórek.
Co się dzieje w komórkach
Największe różnice między odmianami dotyczyły genów odpowiedzialnych za detoksykację, reakcję na stres, sygnalizację hormonalną i transport metalu w roślinie. Główną rolę odgrywał kwas abscysynowy (ABA) – hormon uruchamiany w sytuacjach stresowych. U PA121 jego stężenie w korzeniach wzrosło z około 0,21 nM w grupie kontrolnej do 1,95 nM po 36 godzinach od ekspozycji na wyższą dawkę kadmu. ABA przymyka aparaty szparkowe w liściach, co ogranicza transpirację, a wraz z nią przepływ wody, który normalnie ciągnie kadm z korzeni w górę rośliny. W eksperymencie ten mechanizm ograniczał wymianę gazową, ale nie wpływał zauważalnie na fotosyntezę.
Zespół zaobserwował też silne wyciszenie genu TcIRT1, odpowiedzialnego za pobieranie żelaza z gleby – u obu odmian, choć mocniej u PA121. Problem w tym, że ten sam transporter przy okazji przepuszcza kadm, bo oba pierwiastki są dla komórki trudne do odróżnienia. Wyłączenie go ogranicza więc wchłanianie metalu, ale kosztem pobierania żelaza, którego roślina też potrzebuje. Podobnie zachowywały się geny z rodzin NRAMP i HMA, znane z transportu cynku i kadmu w innych roślinach – u TSH660 i PA121 reagowały jednak nie zawsze tak samo, co sugeruje, że obie odmiany doszły do ograniczenia strat nieco innymi drogami.
„To badanie pokazuje, że akumulacja kadmu nie zależy wyłącznie od tego, ile go jest w glebie – zależy też od tego, jak roślina kontroluje transport metalu i jak fizjologicznie reaguje na jego obecność” – podkreśla Maximova.
Siewka w szklarni to nie plantacja
Eksperyment miał swoje granice. Badane rośliny to kilkumiesięczne siewki rosnące w pożywce wodnej, a nie dorosłe drzewa w glebie, które po latach wydają strąki z ziarnami. Autorzy mierzyli kadm w korzeniach i liściach, nie w samych ziarnach – te pojawiają się dopiero po latach wzrostu drzewa, więc badanie tak długo nie trwało. Różnice genetyczne, które znaleziono, są obiecującym tropem molekularnym, a nie dowodem na to, że dorosłe drzewa TSH660 na plantacji rzeczywiście dają czekoladę z mniejszą ilością kadmu.
Co dalej z hodowlą kakaowca
Zdaniem Maximovej kolejnym krokiem powinno być wskazanie konkretnych genów-kandydatów do inżynierii genetycznej albo klasycznej hodowli nowych, niskokadmowych odmian. „Identyfikując geny i szlaki za to odpowiedzialne, możemy dać hodowcom nowe narzędzia do tworzenia odmian kakaowca, które gromadzą mniej kadmu, zachowując cechy cenione przez rolników i konsumentów” – dodaje badaczka. Dla rolników w regionach z naturalnie kadmową glebą takie odmiany oznaczałyby realną szansę na spełnienie międzynarodowych norm i utrzymanie dostępu do rynków eksportowych.
Presja na taki kierunek badań jest wymierna. Od 2019 roku w Unii Europejskiej obowiązują limity zawartości kadmu w czekoladzie i kakao, ustalone rozporządzeniem 488/2014 – od 0,10 mg/kg dla czekolady mlecznej o niskiej zawartości kakao do 0,60 mg/kg dla kakao w proszku sprzedawanego bezpośrednio konsumentom. Dla producentów z krajów, gdzie gleba naturalnie zawiera dużo kadmu, odmiana, która sama ogranicza jego wchłanianie, może z czasem znaczyć więcej niż jakikolwiek zabieg agrotechniczny.
