Képzeljünk el egy olyan jövőt, ahol a növények nemcsak táplálnak minket, hanem aktív szerepet játszanak a klímaváltozás lassításában is. Az Illinois-i Egyetem kutatói valóra válthatják mindezt a mesterségesen előállított szénnövények segítségével.
A RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency – Fokozott Fotoszintetikus Hatékonyság Elérése) projekt keretében a tudósok genetikailag módosították a cukornádat és a cirokot, hogy azok hatékonyabban kössék meg a légkörből a szén-dioxidot, miközben nagyobb hozamot biztosítanak. A kutatás célja, hogy a jövőben a növények közreműködésével egyszerre vehessük fel a harcot az éghajlatváltozás és az élelmezésbiztonság globális kihívásaival.
Hogyan működnek a szénnövények?
A növények életének alapja a fotoszintézis: napfényt és CO₂-t használnak az energia előállításához. A folyamat központi szereplője a Rubisco nevű enzim, amely a szén-dioxid megkötéséért felelős. Csakhogy nem mindig működik hibátlanul. Időnként oxigént köt meg a CO₂ helyett, ami energiaveszteséggel jár a növény számára.
A legtöbb haszonnövény (például a búza vagy a rizs) úgynevezett C3 fotoszintézist alkalmaz, ami forró, száraz környezetben kevésbé hatékony. A kukorica és a cukornád azonban C4 fotoszintézist használ, amely jobban hasznosítja a CO₂-t. A kutatók most továbbfejlesztették ezt a mechanizmust, és mesterségesen megnövelték a Rubisco enzim mennyiségét ezekben a növényekben.
Látványos eredmények a laborban és a szántóföldön
A cukornád esetében a Rubisco enzim mennyisége 90%-kal nőtt, ami az üvegházi kísérletek során 37-81%-os biomassza-növekedést eredményezett. A cirokban az enzimtartalom 13-25%-kal emelkedett, ami a szántóföldi tesztek alapján 15,5%-os hozamnövekedést mutatott.
A kutatások azt mutatják, hogy a mesterségesen módosított szénnövények jelentősen növelhetik az élelmiszer- és bioüzemanyag-termelést, különösen a stagnáló mezőgazdasággal küzdő térségekben. Emellett ezek a növények ugyanakkora földterületen nagyobb termést hoznak, mint elődeik, így mérsékelhetik annak szükségességét, hogy újabb területeket vonjanak művelés alá, például erdők kivágásával.
A fotoszintézis új dimenziója
A szénnövények fejlesztésében a fotorespiráció csökkentése is kulcsfontosságú kérdés. Ez a folyamat akkor lép működésbe, amikor a Rubisco enzim tévesen oxigént használ CO₂ helyett, mérgező melléktermékeket termelve, és 20–50%-kal visszafogva a növény teljesítményét.
A kutatók ezért új anyagcsere-útvonalakat vezettek a növénybe, amelyek akár 24%-kal is növelték a biomasszát a természetes fajtákhoz képest. Emellett 17%-kal javult a fotoszintézis fényenergia-hasznosítása is.
Az innováció gazdasági szempontból is jelentős: a nagyobb terméshozam magasabb profitot, alacsonyabb előállítási költségeket és kiegyensúlyozottabb élelmiszerárakat eredményezhet. Az éghajlati előnyök pedig szintén figyelemre méltók: a növények hatékonyabban segíthetik csökkenteni a légköri CO₂ szintjét, ezáltal mérsékelve a klímaváltozás hatásait.
Etikai és ökológiai kérdések
A génmódosított növényeket övező vita továbbra is heves: míg egyesek a fenntartható élelmiszertermelés megoldását látják a szénnövényekben, mások komoly aggályokat fogalmaznak meg a hosszú távú egészségügyi és környezeti hatásokkal kapcsolatban.
A legnagyobb kockázatot azonban a biológiai sokféleség csökkenésében látják: ha a mezőgazdaságot néhány nagy hozamú növény uralja, a rendszerek sérülékenyebbé válhatnak. A kutatók hangsúlyozzák, hogy céljuk nem a hagyományos vagy őshonos növények kiszorítása, hanem azok fenntartható kiegészítése.
Mi következik most?
A következő évek meghatározóak lesznek a szénnövények fejlesztésében. A tudósok előtt három fő feladat áll:
- a vetőmagok termőképességének további javítása,
- a növények tesztelése valós környezeti körülmények között,
- és annak vizsgálata, hogyan teljesítenek hőség, aszály vagy más szélsőséges időjárási viszonyok esetén.
Ha a fejlesztések beváltják a hozzájuk fűzött reményeket, új korszak kezdődhet a mezőgazdaságban – nagy hozamú, klímabarát növényekkel, amelyek egyszerre segítik a gazdálkodók, az emberek és a bolygó érdekeit.
Források: Happy Eco News , science.org
