Αυτοί οι επιστήμονες πρόσφατα δημοσίευσε μια εργασία που περιγράφει λεπτομερώς μια νέα τεχνική αναπαραγωγής φυτών που μπορεί να φέρει επανάσταση στον τρόπο με τον οποίο καλλιεργούμε καλλιέργειες και να επιταχύνει τον ρυθμό με τον οποίο μπορούμε να αναπτύξουμε πιο ανθεκτικά, υγιή και πιο ευέλικτα φυτά ενόψει της κλιματικής αλλαγής. Καθώς το κλίμα αλλάζει, το ίδιο συμβαίνει και με την παραγωγικότητα ενός φυτού σε μια δεδομένη περιοχή. Το κλειδί για το καλοτροφισμένο μέλλον μας μπορεί να είναι μια ποικιλία από ανθεκτικές καλλιέργειες που μπορούν να αναπτυχθούν σε διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες.
«Πολλοί επιστήμονες είπαν ότι αυτό ήταν αδύνατο. Ήταν τόσο ριζοσπαστική ιδέα που μας είπαν ότι δεν μπορούσαμε να το κάνουμε».
«Το ποσοστό κέρδους στα περισσότερα προγράμματα αναπαραγωγής καλλιεργειών υστερεί σε σχέση με τις απαιτήσεις που θέτει ένας αυξανόμενος πληθυσμός».
Μπράντε Βουλφ, γενετιστής καλλιεργειών στο John Innes Center στο Ηνωμένο Βασίλειο και συγγραφέας της εργασίας, λέει στο Digital Trends. «Επιταχύνοντας την ανάπτυξη και την αναπαραγωγή των καλλιεργειών, οι επιστήμονες και οι κτηνοτρόφοι σε όλο τον κόσμο θα είναι σε θέση να αναπαράγουν και κατασκευάζουν φυτά που είναι πιο θρεπτικά, αντιστέκονται στις ασθένειες και τα οποία είναι καλύτερα προσαρμοσμένα στα αυριανά κλίμα."Με την κατάλληλη ονομασία "speed Breeding", η μέθοδος έχει ήδη αποδειχθεί ότι καλλιεργεί σιτάρι - από σπόρο σε σπόρο - σε μόλις οκτώ εβδομάδες. Αυτό είναι τρεις φορές ταχύτερο από την τεχνική αναπαραγωγής που πυροδότησε το Πράσινη Επανάσταση. Αν και είναι ακόμη στην εφηβεία του, τα αποτελέσματα της ταχείας αναπαραγωγής κάνουν ορισμένους αναλυτές να το επισημαίνουν ως βασικό εργαλείο για τον ερχομό μιας νέας γεωργικής εποχής.
Outer Space Origins
Ίσως δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι η ιδέα της αναπαραγωγής ταχύτητας ξεκίνησε από τη NASA. Ενώ εξετάζουμε τρόπους για να καλλιεργήσουμε σιτάρι απώτερο διάστημα, οι επιστήμονες του πρακτορείου είχαν αυτή την τρελή ιδέα — γιατί όχι ντύστε τα φυτά σε σταθερό φως, δίνοντάς τους τη δυνατότητα να ωριμάσουν πιο γρήγορα; Τα φυτά, άλλωστε, αγαπούν το φως. Το λαχταρούν, συνθλίβοντας φωτόνια μαζί με διοξείδιο του άνθρακα και νερό για να δημιουργήσουν τα σάκχαρα που χρειάζονται για να αναπτυχθούν. Το συνεχές φως μπορεί να σημαίνει συνεχή ανάπτυξη. Απλό, σωστά;
Ο Δρ. Brande Wulff (αριστερά) και ο Dr. Lee Hickey εξετάζουν τις καλλιέργειες σίτου που εκτρέφονται με ταχύτητα. Φωτογραφία: Hickey Lab/University of Queensland
«Πολλοί επιστήμονες είπαν ότι αυτό ήταν αδύνατο» Λι Χίκυ, επιστήμονας καλλιεργειών στο Πανεπιστήμιο του Κουίνσλαντ και ένας από τους πρώτους που υιοθέτησε το σχέδιο της NASA πριν από μια δεκαετία, λέει στο Digital Trends. «Ήταν τόσο ριζοσπαστική ιδέα που μας είπαν ότι δεν μπορούσαμε να το κάνουμε».
Αλλά ο Lee και η ομάδα του δεν ενοχλήθηκαν από τους αρνητές. Πιστοί στην επιστημονική μέθοδο, «το έδωσαν ένα βήμα», σχεδιάζοντας πειράματα για να ελέγξουν εάν τα συστήματα εντατικού φωτός θα ενίσχυαν την παραγωγικότητα των φυτών.
Δεν το έκανε. Όταν οι επιστήμονες καλλιέργησαν για πρώτη φορά το σιτάρι σε ένα σύστημα αναπαραγωγής ταχύτητας, «φαίνονταν απαίσια», λέει ο Hickey, «πραγματικά τραχύ». Αλλά μέσα από μια σειρά πειραμάτων που βελτιστοποίησαν πράγματα όπως η διατροφή, Η παροχή νερού, η συχνότητα φωτός και η θερμοκρασία του θερμοκηπίου, τα χόρτα άρχισαν να ωριμάζουν πιο γρήγορα και κατάλληλα, ακόμη και να δείχνουν μεγαλύτερη παραγωγικότητα σιτηρών από ό, τι στο συμβατικό θερμοκήπιο σιτάρι.
Ο Λι, ο Ράιτ και οι συνάδελφοί τους, συμπεριλαμβανομένων ερευνητών από το Πανεπιστήμιο του Σίδνεϊ, συμφώνησαν σε ένα ελαφρύ καθεστώς που θα έκανε ακόμη και τους πιο πιστούς λάτρεις του Ήλιου να αποσιωπηθούν. Οι καλλιέργειες «μακράς ημέρας» όπως το σιτάρι, το κριθάρι και το ρεβίθι (που ανθίζουν ως απάντηση σε μεγαλύτερους κύκλους ημέρας) είναι εκτεθειμένο σε έως και 22 ώρες συνεχόμενου φωτός την ημέρα, που εκπέμπεται από λαμπτήρες LED που κρέμονται πάνω από την ανάπτυξη κρεβάτια.
Η ανάγκη για ταχύτητα
Σύμφωνα με το πρωτόκολλο αναπαραγωγής ταχύτητας, φυτά όπως το σιτάρι μπορούν να πάνε από σπόρο σε σπόρο σε μόλις οκτώ εβδομάδες, πράγμα που σημαίνει ότι οι κτηνοτρόφοι μπορούν να μεγαλώσουν έως και έξι γενιές κάθε χρόνο.
«Η πραγματική καινοτομία που δείχνουν εδώ είναι ότι μπορούν να αλλάξουν γενιές πολύ γρήγορα. Αυτή είναι μια βασική πτυχή της αναπαραγωγής φυτών».
«Η πραγματική καινοτομία που δείχνουν εδώ είναι ότι μπορούν να αλλάξουν γενιές πολύ γρήγορα». Τσαρλς Μπρούμερ, λέει ένας επιστήμονας καλλιεργειών στο UC Davis και πρώην πρόεδρος της Crops Science Society of America, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. «Αυτή είναι μια βασική πτυχή της αναπαραγωγής φυτών».
Με κάθε νέα γενιά, οι ερευνητές προσπαθούν να αναπαράγουν επιθυμητά χαρακτηριστικά ενώ αναπαράγουν ανεπιθύμητα. Όσο πιο γρήγορα μπορούν να πάρουν μια γενιά από σπόρο σε σπόρο, τόσο πιο γρήγορα μπορούν να αφαιρέσουν ανεπιθύμητα χαρακτηριστικά ενώ προωθούν τα επιθυμητά.
Πάρτε, για παράδειγμα, τη βλάστηση πριν τη συγκομιδή (PHS), ένα φαινόμενο που προκαλεί πρόωρη βλάστηση του σίτου λόγω παρατεταμένων βροχοπτώσεων και υψηλής υγρασίας.
"Αυτό είναι ένα τεράστιο ζήτημα στην Αυστραλία, επειδή όλες οι ποικιλίες μας είναι ευαίσθητες", λέει ο Hickey.
Η ευαισθησία στο PHS ελέγχεται τουλάχιστον εν μέρει από τη γενετική, έτσι, με την επιλεκτική αναπαραγωγή και διασταύρωση διαφορετικών σίτου ποικιλίες, οι ερευνητές στοχεύουν να εξαλείψουν αυτό το γενετικό χαρακτηριστικό, κάνοντας τις μελλοντικές γενιές σιταριού πιο ανθεκτικές στις υψηλές βροχοπτώσεις και υγρασία. Η εταιρεία Dow AgroSciences έχει ήδη υιοθετήσει την τεχνική speed-breeding και έχει αναπτύξει μια ποικιλία σιταριού με αντοχή στο PHS.
Είναι τόσο απλό: Αυξήστε την ταχύτητα από σπόρο σε σπόρο μιας καλλιέργειας και διευκολύνετε τους κτηνοτρόφους να αναπτύξουν επιθυμητές καλλιέργειες. Ενισχύστε το κατά τρεις φορές και τους δίνετε ένα εξαιρετικό εργαλείο για να δημιουργήσουν ελίτ καλλιέργειες.
Η αναπαραγωγή φυτών στην εποχή του διαστήματος φωτίζει το δρόμο για μελλοντικές καλλιέργειες
«Πολλά γονίδια αντοχής σε ασθένειες μπορούν να βρεθούν σε άγριους συγγενείς των εξημερωμένων φυτών μας», λέει ο Wulff, «αλλά διασχίζοντας ένα γονίδιο αντοχής σε ασθένειες από ένα άγριο σιτάρι σε μια εξημερωμένη ποικιλία ελίτ είναι σαν να εκτρέφεις ένα άλογο κούρσας με έναν γάιδαρο! Χρειάζονται πολλά, πολλά χρόνια… για να συνδυάσετε τα καλύτερα και των δύο κόσμων. Η αναπαραγωγή με ταχύτητα μπορεί να επιταχύνει αυτή τη διαδικασία και να συντομεύσει τον χρόνο που απαιτείται για την ανάπτυξη μιας νέας ποικιλίας σιταριού με ανώτερα χαρακτηριστικά».
Ο Μπρούμερ το λέει ωμά. «Το να κινείσαι πιο γρήγορα είναι το όνομα του παιχνιδιού», λέει. «Αυτός είναι ένας τρόπος για να κινηθείτε πολύ πιο γρήγορα».
Πεδία Ονείρων
Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος του σιταριού που το κάνει στα ζυμαρικά και το ψωμί μας δεν καλλιεργείται σε θερμοκήπια, και υπάρχουν πολλά που ακολουθούν τα αρχικά στάδια αναπαραγωγής.
«Ο πραγματικός αντίκτυπος θα προέλθει από το συνδυασμό αυτού του εργαλείου με άλλες τεχνολογίες που διαθέτουμε και οι οποίες εξελίσσονται ταχέως στον χώρο αναπαραγωγής φυτών».
«Σε κάποιο επίπεδο, ανεξάρτητα από τα γονιδιωματικά εργαλεία που χρησιμοποιείτε, πρέπει να βάλετε φυτά στο χωράφι και να δείτε πώς αποδίδουν», εξηγεί ο Brummer.
Τα πειράματα θερμοκηπίου δοκιμάζονται στο πεδίο. Μια ποικιλία καλλιεργειών μπορεί να έχει καλή απόδοση σε ένα τεχνητό περιβάλλον, όπου η θερμοκρασία, η παροχή νερού και το φως είναι εύκολα ρυθμίζεται, αλλά αν δεν ευδοκιμήσει στο χωράφι, όπου καλλιεργείται η συντριπτική πλειονότητα των καλλιεργειών μας, τότε είναι πρακτικά αποτυχία. Οι νέες ποικιλίες σιταριού πρέπει να είναι παραγωγικές στα στοιχεία για να τις δεχτούν οι αγρότες.
«Οι επιτόπιες δοκιμές είναι τόσο κρίσιμες», λέει ο Hickey. «Πρέπει να το έχουμε αυτό και να βεβαιωθούμε ότι οι ποικιλίες που απελευθερώνουμε στους αγρότες είναι αποδεδειγμένες και έχουν αποδεδειγμένο ιστορικό. Πρέπει ακόμα να περάσουν από αυτά τα τρία ή τέσσερα χρόνια επιτόπιας αξιολόγησης».
Ωστόσο, ακόμη και υπολογίζοντας τα λίγα χρόνια δοκιμών πεδίου, ο Hickey εκτιμά ότι η αναπαραγωγή με ταχύτητα μπορεί να συμπιεστεί σε τέσσερις ή πέντε κύκλους αναπαραγωγής πριν από το 2050, όταν ο πληθυσμός είναι αναμένεται να ξεπεράσει τα εννέα δισεκατομμύρια και η κλιματική αλλαγή θα είναι απτή παγκοσμίως. Η ελπίδα είναι ότι, τις επόμενες δεκαετίες, οι κτηνοτρόφοι μπορούν να αναπτύξουν ποικιλίες αρκετά ανθεκτικές ώστε να αντέχουν αυτό που τους ρίχνει το περιβάλλον.
Hickey Lab/University of Queensland
«Ο καιρός και το κλίμα αλλάζουν πάντα σε κάποιο βαθμό, αλλά αυτό που βλέπουμε τώρα είναι ότι το κλίμα είναι αλλάζει πιο γρήγορα και ίσως βλέπουμε πιο ακραία καιρικά φαινόμενα ως συνέπεια αυτού», είπε ο Brummer λέει. «Ίσως οι νέες ποικιλίες που είναι προσαρμοσμένες σε μια συγκεκριμένη περιοχή πρέπει να είναι πιο έντονες, επομένως θα χρειαστεί να αναπαραχθούν πιο γρήγορα και να αναπτύξουμε περισσότερες ποικιλίες από ό, τι στο παρελθόν. Εκεί θα μπορούσε να βοηθήσει αυτή η μέθοδος. Οτιδήποτε μπορείτε να κάνετε για να συντομεύσετε αυτόν τον χρόνο για να βγουν νέες ποικιλίες φυτών στο χωράφι θα είναι χρήσιμο».
Προκλήσεις Μπροστά
Μέχρι στιγμής, η αναπαραγωγή με ταχύτητα έχει δείξει τις μεγαλύτερες δυνατότητες σε είδη μακράς διάρκειας που ανθίζουν ως απάντηση σε μεγαλύτερη διάρκεια ημέρες, γεγονός που κάνει τον Hickey και τους συναδέλφους του να είναι σίγουροι ότι θα λειτουργήσει με φυτά όπως ο ηλίανθος, το πιπέρι και ραπανάκι.
«Θα είναι πιο δύσκολο να εφαρμοστεί η αναπαραγωγή ταχύτητας σε είδη «μικρής ημέρας» όπως το ρύζι, το καλαμπόκι και το σόργο», λέει, «αλλά νομίζω ότι υπάρχει χώρος για βελτιστοποίηση ενός συστήματος ταχείας ποδηλασίας. Είναι απλώς θέμα προσαρμογής των καθεστώτων φωτοπεριόδου και θερμοκρασίας».
Στην πραγματικότητα, παρά το γεγονός ότι τα φιστίκια είναι ένα είδος «μικρής ημέρας», ορισμένοι ερευνητές έχουν ήδη δείξει ότι η αναπαραγωγή με ταχύτητα ωφελεί και αυτά τα όσπρια.
«Έχουμε χρησιμοποιήσει επιτυχώς την τεχνική αναπαραγωγής ταχύτητας που αναπτύχθηκε από ερευνητές της UQ στον τομέα των φιστικιών εδώ και πολλά χρόνια», λέει ο Graeme Wright, εκτροφέας στην εταιρεία Peanut Company of Australia. Ο Ράιτ πιστεύει ότι τα μεγάλα διαστήματα φωτός που χρησιμοποιούνται στην αναπαραγωγή με ταχύτητα μπορεί στην πραγματικότητα να είναι η επιλογή μεμονωμένων φυτών με αναισθησία στη διάρκεια της ημέρας, την οποία λέει ότι είναι «ένα επιθυμητό χαρακτηριστικό καθώς σημαίνει… οι ποικιλίες που αναπτύσσονται πρέπει να έχουν ευρεία προσαρμογή στο γεωγραφικό πλάτος, με την αναπαραγωγική ανάπτυξη να μην εξαρτάται από την ημέρα μήκος."
CRISPR και Beyond
Αυτή η νέα μέθοδος θα πρέπει να θεωρηθεί ως πυρομαχικά που μπορούν να προσθέσουν οι κτηνοτρόφοι σε ένα αυξανόμενο οπλοστάσιο γενετικών όπλων. Τα τελευταία χρόνια, η πρόοδος στη γονιδιωματική έχει επιτρέψει στους επιστήμονες να χρησιμοποιούν εργαλεία γονιδιακής επεξεργασίας όπως CRISPR να τροποποιήσει τα γονιδιώματα ώστε να περιλαμβάνει πράγματα όπως αντοχή στην ξηρασία και υψηλότερη διατροφή.
"Η αναπαραγωγή ταχύτητας είναι ένα εργαλείο στο υπόστεγο", λέει ο Hickey. «Ο πραγματικός αντίκτυπος θα προέλθει από τον συνδυασμό αυτού του εργαλείου με άλλες τεχνολογίες που διαθέτουμε και οι οποίες εξελίσσονται ταχέως στον χώρο αναπαραγωγής φυτών. CRISPR, εργαλεία γονιδιωματικής, γονιδιωματική επιλογή και πρόβλεψη».
Αλλά οι ερευνητές αναγνωρίζουν ότι δεν θα είναι εύκολο να μετατρέψουν όλους τους κτηνοτρόφους στο καθεστώς αναπαραγωγής ταχύτητας. Οι παλιές συνήθειες πεθαίνουν δύσκολα και οι επιστήμονες είναι εγγενώς δύσπιστοι. Προσθέστε σε αυτό τις αλλαγές υποδομής που απαιτούνται για τη μετάβαση σε μια τέτοια μέθοδο, και είναι σαφές ότι υπάρχει ένας ανώμαλος δρόμος μπροστά. Ωστόσο, με την πρόσφατα δημοσιευμένη εργασία τους, οι Hickey και Wright ελπίζουν ότι άλλοι κτηνοτρόφοι και ερευνητές θα δουν τις δυνατότητες στην τεχνική τους.
Σε όσους ενδιαφέρονται να υιοθετήσουν την αναπαραγωγή ταχύτητας, ο Hickey έχει μια απλή πρόταση για το πώς να ξεκινήσουν — «Απλώς αφήστε τα φώτα αναμμένα, φίλε».
Συστάσεις των συντακτών
- Για να κάνουν περισσότερο χώρο για τα ζώα, οι Ολλανδοί θα μεταφέρουν αγελάδες σε μια πλωτή φάρμα
