Bilim İnsanları Daha İyi Bir Yaprağı Tasarlayarak Mahsul Performansını Artırıyor

Bilim adamları onlarca yıldır gıda kaynaklarını desteklemek ve dünyanın en yoksulları için açlığı azaltmak için umut verici bir olasılığın peşinden koştular: Dünyadaki neredeyse tüm yaşamı sürdüren bitkilerdeki biyolojik süreç olan fotosentezi iyileştirmek.

Şimdi, araştırmacılar, fotosentezin verimliliğini artırmak için genetik modifikasyonları kullanarak, bir gıda mahsulünde, soya fasulyesinde verimi önemli ölçüde artırdıklarını ve bu tür yöntemlerin bir gün iklim değişikliği ve diğer tehditler olarak sofralara daha fazla yiyecek koyabileceğine dair bir potansiyel parıltı sağladıklarını söylüyorlar. tüm dünyadaki savunmasız nüfusların ailelerini beslemesi daha zor.

Bilim adamları, gen değişikliklerini sadece iki mahsul mevsimi boyunca tek bir yerde yetiştirilen soya bitkileri üzerinde test etti. Mülakatlarda, sonuçlarının farklı ortamlarda ve hava koşullarında geçerli olup olmayacağını görmek için daha fazla denemeye ihtiyaç olduğunu kabul ettiler. Yöntemleri ayrıca, bu şekilde dönüştürülen mahsuller çiftçilerin tarlalarına ulaşmadan önce hükümet düzenleyicileri ile bir araya gelmek zorunda kalacak.

Ve çoğu insanları değil, hayvanları beslemek için yetiştirilen soya, sadece bir başlangıç. Daha uzun vadede, araştırmacılar pirinç, börülce ve manyok gibi temel gıdalarda verimi artırmayı umuyorlar.

Ancak, önümüzdeki on yıllarda talebi karşılamak için dünyanın gıda üretiminde büyük artışlara ihtiyaç duyacağı tahmin edildiğinden, bulgular bu tür genetik müdahalelerin bu ihtiyaçları karşılama konusunda umut vaat ettiğini gösteriyor, diyor University of bitki bilimcisi Amanda P. De Souza. Illinois Urbana-Champaign ve Perşembe günü Science dergisinde yayınlanan sonuçları açıklayan yeni bir çalışmanın baş yazarı.

Dr. De Souza, “Oraya ulaşmak için uzun bir yol var,” dedi. Ancak mümkün olduğu kadar çok yeni çözüme doğru çalışmak için “şimdi zamanı” dedi.

Toplumlar toprak ve su kaynaklarını sürdürülemez şekillerde kullandıklarından, insanoğlunun kendi kendini besleyebilme yeteneği baskı altındadır. İnsan kaynaklı iklim değişikliği, artan kuraklık ve fırtınaların gıda kaynaklarında daha fazla kesintiye neden olmasıyla sorunu daha da kötüleştirme tehdidinde bulunuyor. Gıda üretiminin kendisi, ormanlık alanların ekinler ve otlayan hayvanlar için temizlenmesi de dahil olmak üzere, küresel ısınmaya önemli bir katkıda bulunuyor.

Bilim adamları, tarımda büyük değişiklikler olmadan, hükümetlerin iklim değişikliğini hafifletme hedeflerinin risk altında olduğu konusunda uyarıyor. Ancak yetersiz beslenme ve açlığın kısa vadede ele alınması, ısınmayı hızlandırabilecek daha fazla arazi ve diğer kaynakların hizmete sokulmasını gerektirebilir.

Bu nedenle, fotosentezi geliştirerek veya başka bir şekilde, daha fazla toprak kullanmadan daha fazla besin üretmemize yardımcı olabilecek bilimsel gelişmelerin böyle bir vaatte bulunmasının nedeni budur.

Bir araştırma grubu olan Dünya İnovasyon Enstitüsü’nün yönetici direktörü Daniel Nepstad, “İnsan uygarlığı, daha azdan çok daha fazlasını elde etmemiz gereken bir noktada” dedi.

Yine de, sera gazı emisyonlarını azaltma çabalarını destekleyen kar amacı gütmeyen bir kuruluş olan Project Drawdown’ı yürüten iklim bilimcisi Jonathan Foley, daha iyi mahsuller üretmekten daha hızlı bir rahatlama sağlayabilecek başka çözümler olduğunu söyledi. Örneğin, diyetleri etten uzaklaştırmaktan bahsetti. Veya gıda israfını azaltmak.

“Hep merak etmişimdir,” dedi Dr. Foley. “Fareleri kovalarken neden odadaki filleri kaçırıyoruz?”

20. yüzyılın ikinci yarısında birçok bilim insanı, bitkilerin oksijen ve enerji açısından zengin karbonhidratlar üretmek için güneş ışığını, suyu ve karbondioksiti kullandığı süreç olan fotosentezde, mahsul performansını iyileştirmede bir sonraki sınır olarak ince ayarlamalar gördü. Ama ilerleme kaydetmek için mücadele ettiler. Bazı bilim adamları, bitkilerin daha verimli fotosentezi ek büyümeye dönüştürmesini engelleyen biyolojik faktörlerin olduğuna inanmaya başladılar.

Illinois’deki yeni araştırma, bitkilerde onları güneş hasarından koruyan bir mekanizma olan “fotokimyasal olmayan söndürme” üzerine odaklanıyor. Bitkiler parlak güneş ışığı altındayken, genellikle fotosentez için kullanabileceklerinden daha fazla ışık enerjisi alırlar. Bu mekanizma, fazla enerjiyi ısı olarak zararsız bir şekilde atmalarına yardımcı olur. Ancak bitki tekrar gölgelendirildikten sonra, çok hızlı durmaz, bu da bitkinin karbonhidrat üretmeye harcanabilecek değerli zaman ve enerjiyi boşa harcadığı anlamına gelir.

Araştırmacıların genetik dönüşümleri, bitkilerin gölgeye daha hızlı uyum sağlamasına yardımcı oluyor. Pirinç, buğday, mısır ve soya gibi çok katmanlı bitkilerde, bu ekstra çeviklik, gün boyunca sürekli güneş ışığı ve gölge arasında gidip gelen yaprakların orta katmanlarındaki fotosentezi teorik olarak artırabilir.

Çalışma Bill & Melinda Gates Vakfı tarafından finanse edildi; Washington DC’de kar amacı gütmeyen ve hükümetten, endüstriden ve akademik kaynaklardan para alan Gıda ve Tarım Araştırmaları Vakfı; ve İngiltere Dışişleri, Milletler Topluluğu ve Kalkınma Ofisi.

2016 yılında, aynı zamanda Illinois Urbana-Champaign Üniversitesi’nden olan çalışmanın yazarlarından Stephen P. Long, bu değişikliklerin tütün bitkilerindeki büyümeyi yüzde 20’ye kadar artırdığını gösterdi. Ancak bu tür bulgular şüphecilikle karşılaştı. Bazı bilim adamları, modifikasyonların fotosentezi artırarak değil, hormon seviyelerini etkileyerek mahsul performansını artırmış olabileceğini öne sürdüler. Diğer araştırmacılar, fotosentez gibi temel bir süreç geliştirilebilseydi, o zaman doğal seçilimin kesinlikle şimdiye kadar bunu yapmış olacağını savundular.

Dr. Long, bunu evrimin yanlış anlaşılması olarak gördüğünü söyledi. Bitkilerin çoğalmak için evrimleştiğini, daha hacimli tohumlar veya aç insanları ilgilendiren diğer kısımları üretmekte maksimum düzeyde verimli olmadıklarını söyledi.

“Evrim, genlerin kendilerini bir sonraki nesle taşımasıyla ilgilidir” dedi. “Ve üretkenlik bunun sadece küçük bir kısmı.”

O ve meslektaşlarının bir sonraki adımı, bir gıda ürününde genetik dönüşümlerini denemekti. 2020’de Urbana’daki bir Illinois Üniversitesi çiftliğinde genetiği değiştirilmiş soya yetiştirdiklerinde, hektar başına verim, karşılaştırma için yetiştirdikleri normal soya bitkilerinden ortalama yüzde 24,5 daha yüksekti. İşlenmiş bitkilerden elde edilen tohumlar, aynı şekilde, değiştirilmemiş bitkilerden elde edilenlere kıyasla protein bakımından da benzer şekilde zengindi.

2021’deki ikinci mahsulün sonuçları daha az kesindi. Bir fırtına, bitkilerin yapraklarının üst üste çökmesine neden oldu ve alt yaprakların aslında kalıcı olarak gölgelenmesine neden oldu.

Kuzey Carolina Eyalet Üniversitesi’nde yeni çalışmanın bir parçası olmayan bir mahsul bilimcisi olan Thomas R. Sinclair, bu yöntemlerin etkili olduğuna ikna olmadan önce daha fazla yıldan ve daha fazla yerden deneme verilerini görmesi gerektiğini söyledi. Dr. Sinclair, mahsul verimini artırmanın kanıtlanmış tek yolunun, bitkilerin pek çok gübrenin temel bileşeni olan nitrojen gibi daha fazla besin maddesi almasına yardımcı olmak olduğunu savunarak, bu araştırma dizisine şüpheyle bakıyor.

Dr. Long, ekibinin nihayetinde beş yıllık denemeler yapmayı umduğunu söyledi. Aynı değişiklikleri tropikal soya fasulyelerinde de denemeyi ve Porto Riko’da test etmeyi planladığını söyledi. Ekibinin amaçlarından biri, gelişmekte olan dünyadaki çiftçilere daha yüksek verimli tohumların sunulmasını sağlamaktır.