Последните най...


Бюлетин „Либерален преглед в неделя“

Pin It

 

2022 07 Photosynthesis

 

Може ли да се предотврати световната продоволствена криза чрез подобряване на фотосинтезата?

Тази история започва преди около два милиарда години, когато светът, ако не точно млад, е бил много по-впечатляващ. Планетата се е въртяла по-бързо, така че слънцето е изгрявало на всеки двадесет и един часа. Формирали са се най-ранните континенти – например Арктика, която се е запазила и до днес като парчета от Сибир. По-голямата част от земното кълбо е била заета от океани, които са гъмжали от микроби.

Някои от тези микроби – групата, известна като цианобактерии – са овладели особена мощна форма на алхимия. Те се хранели със слънчева светлина, която превръщали в захар. Като отпадъчен продукт са отделяли кислород. Цианобактериите са били толкова много и толкова добри в работата си, че са променили света. А именно, те са променили химическия състав на океаните, а след това и на атмосферата. Преди това кислородът е бил в недостиг, а сега е в изобилие. Всичко, което не е могло да понесе промяната, или е умирало, или се е оттегляло в някой тъмен, безвъздушен ъгъл.

Един ден друг организъм – нещо като прото-водорасло – е започнало да поглъща цианобактерии. Но вместо да бъдат унищожени, както може да се очаква, бактериите са се заселили в приемника си като Йона в кита. Това настаняване, колкото и малко вероятно да е било, е насочило живота в нова посока. Тайната на фотосинтезата се е предала на водораслите и на всички техни наследници.

Изминават милиарди години. Въртенето на планетата се забавя. Континентите се сблъскват и образуват суперконтинента Родиния, след което отново се раздалечават. Наследниците на водораслите се размножават и разнообразяват.

Едната част от семейството се придържа към водата. Друг клон се насочва към колонизиране на сушата. Първите изследователи остават малки и ниско над земята. По-късно към тях се присъединяват предците на днешните папрати и мъхове. По онова време е имало толкова много празно пространство – а оттам и достъпна светлина – че растенията, както се изразява един ботаник, са намерили сухоземния живот „неустоим“. Те разперват листата си и започват да растат на височина. Появата на растенията е позволила появата на растителноядни животни. През карбоновия период високите дървесни папрати и гигантските мъхове покриват земята, а насекоми с криле, дълги повече от два метра, прелитат през тях.

Около двеста милиона години по-късно, в началото на периода креда, на сцената се появяват растения с цветове. Те са толкова успешни, че скоро се налагат. (Чарлз Дарвин е бил дълбоко обезпокоен от внезапната поява на цъфтящи растения във фосилните записи и я определя като „отвратителна мистерия“). По-късно се появяват тревите и кактусите.

През цялото това време растенията продължават да се изхранват повече или по-малко по същия начин, както и по времето, когато древната цианобактерия се е заела с водораслите. Фотосинтезата е останала забележително стабилна през хилядите хилядолетия на естествения подбор. Тя не се е променила, когато хората са започнали да опитомяват растенията преди десет хиляди години, нито по-късно, когато са разбрали как да ги напояват, наторяват и накрая да ги хибридизират. Процесът винаги е работил достатъчно добре, за да захранва планетата – т.е. досега.

Стивън Лонг е професор по биология на растенията и растениевъдство в Университета на Илинойс в Урбана-Шампейн и ръководител на проект, наречен „Реализиране на повишена ефективност на фотосинтезата“ или RIPE. Предпоставката на RIPE е, че колкото и забележителна да е фотосинтезата, тя трябва да бъде направена по-добра.

На 71 години Лонг е слаб и строен, с хлътнало лице и толкова тих глас, че граничи с мърморене. Израснал е в Лондон в семейство от работническата класа и е учил в гимназия, която описва като „не най-добрата“ (тя е вече закрита.) но един от учителите в училището – ентусиаст по растенията, който често води учениците си на екскурзии се откроява сред колегите си. Вдъхновен, Лонг решава да учи селскостопанска ботаника в университета в Рединг. По средата на обучението си той взема една година отпуск, за да работи за британската компания за хранителни продукти Tate & Lyle, която притежава плантации със захарна тръстика в Карибския басейн и се занимава с рафиниране на захар. Някои от служителите на компанията смятат, че е възможно да се откажат от плантациите и дори от тръстиката и да накарат растителните клетки да произвеждат захар в съдове. Идеята не се осъществява – „Никога не стана икономически осъществима“, каза ми Лонг, когато през юли отидох да го посетя в офиса му, но пък го кара да се заинтересува от механиката на фотосинтезата.

Фотосинтезата се извършва в хлоропластите на растенията – миниатюрни органели, които са потомци на първоначално уловената цианобактерия. Когато един фотон се абсорбира от хлоропласт, той стартира каскада от реакции, които превръщат светлината в химическа енергия. Тези реакции се осъществяват с помощта на протеини, които са кодирани от гени. Чрез втора поредица от реакции химическата енергия се използва за изграждане на въглехидрати. За това са необходими още протеини. Фотосинтезата е наречена „един от най-сложните биологични процеси“ и когато Лонг започва да работи по нея, все още не се знае много за това как точно работи. Постепенно, използвайки нови молекулярни инструменти, изследователите успяват да запълнят празнотите. Те научават, че фотосинтезата изисква изпълнението на около сто и петдесет отделни стъпки и включва приблизително толкова гени.

Бюлетин „Либерален преглед в неделя“

Колкото повече неща се откриват за тънкостите на фотосинтезата, толкова повече се осъзнава нейната неефективност. Често се прави сравнение с фотоволтаичните клетки. Тези, които днес се предлагат на пазара, превръщат в електричество около двадесет процента от слънчевата светлина, която попада върху тях, а в лабораториите изследователите са постигнали почти петдесет процента. Растенията превръщат в растеж само около един процент от слънчевата светлина, която попада върху тях. При културните растения средно само около половината от един процент от светлината се превръща в енергия, която хората могат да използват. Сравнението не е съвсем справедливо към биологията, тъй като растенията се конструират сами, докато фотоволтаичните клетки трябва да се произвеждат с енергия от друг източник. Освен това растенията съхраняват собствената си енергия, докато при фотоволтаичните клетки за това са необходими отделни батерии. Въпреки това изследователите, които са се опитали да направят съответни изчисления, са стигнали до заключението, че растенията излизат губещи.

Лонг получава докторска степен, след което започва работа като преподавател в университета в Есекс, на източния бряг на Англия. Той се убеждава, че неефективността на фотосинтезата предоставя възможност [за сериозен научен пробив]. Ако процесът може да бъде рационализиран, растенията, които са прекарали безброй много хилядолетия в нещо като спокойна разходка, днес биха могли да станат шампиони. Последиците за селското стопанство са огромни. Потенциално биха могли да се създадат нови сортове култури, които да произвеждат повече с по-малко средства.

„Цялата ни храна, пряко или косвено, идва от процеса на фотосинтеза“, каза ми Лонг. „Знаем, че дори най-добрите ни култури постигат само част от теоретичната ефективност на фотосинтезата. Така че, ако успеем да разберем как да я подобрим, ще можем да увеличим добивите. Няма да се налага да унищожаваме още повече земя за отглеждане на култури – можем да се опитаме да произвеждаме повече на земята, която вече използваме.“

Други биолози са скептично настроени. Със сигурност, отбелязват те, ако би имало начин за подобряване на фотосинтезата, който да е наистина жизнеспособен, а не само теоретичен, то в някакъв момент през последните няколкостотин милиона години растенията щяха да са го открили. Според Лонг в техните аргументи липсват изискванията на самата еволюция. За да се запазят, биологичните системи не трябва да бъдат непременно оптимизирани. Те просто трябва да са функционални.

„Еволюцията всъщност не е свързана с това да бъдеш продуктивен“, каза ми Лонг. „Става дума за това да предадеш гените си на следващото поколение.“

През 1999 г. Лонг решава, че ще създаде своя собствена версия на фотосинтезата. По това време той се е преместил в Университета на Илинойс, където са направени много от основните открития за процеса. Идеята на Лонг е да създаде компютърна симулация, която да моделира всяка от сто и петдесетте стъпки във фотосинтезата като диференциално уравнение. Усилията се проточват с години, отчасти защото програмата на Лонг постоянно се срива. В крайна сметка той се свързва с компютърен специалист, който работи за НАСА по ракетни двигатели.

„Той каза: ‚О, аз имах точно същия проблем и това е програмата, която използвах‘,“ спомня си Лонг. „Така че започнахме да работим заедно като използвахме тази процедура и, бинго, тя проработи.“ Тъй като фотосинтезата е толкова сложна, а и математиката, свързана с нея, също е сложна, моделът на Лонг изисква феноменално количество изчислителна мощ. За да симулира работата на един лист в продължение на няколко минути, той трябва да направи милиони изчисления.

След като моделът му, наречен от него е-фотосинтеза, е готов и работи, Лонг може да създава нови листа, без да се налага да отглежда каквото и да било. Той може да изследва слабите места на фотосинтезата и да тества възможни решения. Какво би се случило, например, ако определен ген бъде стимулиран да произвежда повече от определен ензим? Това би ли ускорило фотосинтезата или просто би затруднило работата ѝ? Моделът е в състояние да анализира резултатите от всяка виртуална намеса или взлом. „Разбира се, в деветдесет и девет от сто случая нещата се влошават“, казва Лонг.

Но именно стотният хак е това, което прави нещата интересни. Лонг открива, че чрез пренастройване на някои стъпки работата на природата действително може да се подобри. През 2006 г. той публикува статия, в която очертава половин дузина „възможности за увеличаване на фотосинтезата“. Сред хората, заинтригувани от идеята, са някои високопоставени служители на фондация „Бил и Мелинда Гейтс“. През 2011 г. фондацията кани Лонг и някои негови колеги в Сиатъл, за да обсъдят работата им. Шест месеца по-късно фондацията кани групата отново. Лонг и сътрудниците му прекарват една седмица на остров Бейнбридж, в Пюджет Саунд, където изготвят предложение за финансиране и в последния ден от престоя си представят идеята си пред Бил Гейтс. През 2012 г. фондацията им отпуска двадесет и пет милиона долара и така се създава RIPE. По-късно проектът получава допълнително финансиране от британската Служба за външна политика, общност и развитие, както и от Фондацията за прехрана и земеделие, съвместно публично-частно предприятие със седалище във Вашингтон.

„За решаването на глобалната продоволствена криза ще са необходими множество иновации“, каза ми Гейтс по електронната поща. Те включват сортове семена, които могат да издържат по-добре на суша, култури, които могат да се борят по-добре с болести, както и „открития, които променят правилата на играта и ще доведат до по-добри реколти“.

Една от възможностите, които Лонг идентифицира в статията си от 2006 г., е свързана с процес, известен като нефотохимично потискане [nonphotochemical quenching] или N.P.Q. Очевидно растенията се нуждаят от светлина, но също като нас те могат и да страдат от прекалено много светлина. N.P.Q. им позволява да се предпазят, като разсейват излишната светлина под формата на топлина. Проблемът е, че N.P.Q. е бавна; веднъж започнала, тя бавно спира, дори когато светлинните условия се променят. Моделът на Лонг предполага, че някои умели генетични модификации могат да направят процеса по-бърз.

Изследователите от RIPE се заемат да тестват това предложение върху тютюневи растения, които в света на земеделието са нещо като лабораторни мишки. Те вмъкват в растенията три допълнителни гена, след което ги отглеждат в оранжерии. Модифицираните растения наистина превъзхождат обикновените тютюневи растения – те растат по-бързо и наддават на тегло. След това екипът провежда полеви опити. Лонг нервно очаква резултатите. Те се оказват дори по-добри, отколкото се е надявал: модифицираните растения превъзхождат контролните с до двадесет процента.

Когато статията е публикувана в списание Science, тя става новина в целия научен свят. „Генетичен пробив“, обявява Би Би Си. Лонг е интервюиран от Big Ten Network, която освен че излъчва събитията на конференцията, понякога прави и рубрики за професорите, които участват в тях. Той казва на интервюиращия, че денят, в който са излезли резултатите от полевите опити, е бил един от най-вълнуващите в живота му. „Само не казвайте това на жена ми“, добавя той. Телевизията показва клипа на джумботрона по време на футболен мач на университета в Илинойс. Лонг и съпругата му Ан са го гледали у дома.

„За това получих лакът в ребрата“, спомня си той.

През 1967 г. двама трезвомислещи мъже публикуват книга със сензационно заглавие: „Глад-1975!“ Авторите, Уилям и Пол Падок, са братя; Уилям е агроном, а Пол – пенсиониран чиновник от дипломатическата служба. „Сблъсъкът между експлодиращото население и статичното земеделие е неизбежен“, пишат братята Падок. Те заявяват: „Изводът е ясен: няма възможност за подобряване на селското стопанство… достатъчно скоро, за да се предотврати гладът.“

Много експерти споделят тревогата им. В средата на шестдесетте години световното население нараства с повече от два процента годишно, което се смята за най-високия темп в човешката история. В редица развиващи се страни – например Бразилия и Етиопия – годишният темп на нарастване на населението е близо до три процента. Селскостопанското производство не успява да се справи.

„Положението с храните в света сега е по-несигурно от когато и да било след периода на остър недостиг непосредствено след Втората световна война“, пише генералният директор на Организацията на ООН по прехрана и земеделие Бинай Ранджан Сен. Той предупреждава, че ако не бъдат предприети драматични действия, „малтусианските корективи“ „неумолимо ще влязат в сила“.

„Глад – 1975!“ е последвана от „Бомбата на населението“ на биолога от Станфорд Пол Ерлих, публикувана през 1968 г. Ерлих също обявява катастрофата за неизбежна. „Битката за изхранване на цялото човечество е приключила“, пише той. „През 1970-те светът ще преживее глад – стотици милиони хора ще умрат от глад въпреки всички програми за предотвратяване на катастрофата, които се предприемат сега.“ Ерлих става редовен гост на „Вечерното шоу“, а „Бомбата на населението“ се продава в над два милиона екземпляра.

Но катастрофата не се осъществява. Ерлих и Падок грешат за бъдещето на селското стопанство. Още докато пишат, семената на нещото, което по-късно ще стане известно под названието „Зелена революция“ – както буквални, така и метафорични – вече са посети.

В авангарда на тази революция се намира Норман Борлауг, растителен патолог, който работи за фондация „Рокфелер“ в земеделска изследователска станция в Мексико. В продължение на две десетилетия той старателно селекционира пшеница и създава серия от високопродуктивни и устойчиви на болести сортове. Сортовете са с необичайно издръжливи стъбла – отгледани са с помощта на сортове джуджета – и това им позволява да влагат повече енергия в зърната и по-малко в стъблата. След като сортовете стават широко възприети, добивите се увеличават рязко; през двете десетилетия след публикуването на „Глад-1975!“ производството на пшеница в Мексико почти се удвоява. За същия период в Индия то се увеличава повече от три пъти.

Въз основа на работата на Борлауг селекционери във Филипините създават високодобивни сортове ориз, които водят до подобно увеличение на производителността. Тази работа е мотивирана както от политически, така и от хуманитарни подбуди; увеличаването на производството на ориз може да се опише като подход на „сърцата и коремите“ в борбата с комунизма в Азия.

За усилията си Борлауг получава Нобелова награда за мир през 1970 г. „Повече от всеки друг човек на тази епоха той е помогнал да се осигури хляб за един гладен свят“, заявява председателката на Норвежкия нобелов комитет.

Подобно на повечето революции, зелената революция има непредвидени последици. Новите, високодобивни сортове са много „нуждаещи се“; за да реализират пълния си потенциал, те изискват много торове, пестициди и вода. Тези ресурси на свой ред изискват пари. По този начин по-голямата част от ползите се падат на онези, които разполагат с ресурси. Стопанствата стават по-големи и по-механизирани – процеси, които често струват препитанието на най-бедните селскостопански работници. Проучванията показват, че новите сортове, в съчетание със селскостопанските практики, които те насърчават, изострят неравенството.

„Наличието на 60% по-евтин ориз би било малка утеха за човек, който е загубил 100% от доходите си в резултат на Зелената революция“, пише Радж Пател, професор в Тексаския университет в Остин.

Екологичните разходи също са високи и по много данни те все още нарастват. Оттичането на торове е напълнило реките и езерата с хранителни вещества, което е довело до цъфтеж на водорасли и водни „мъртви зони“. Повишената употреба на пестициди има обратен ефект – унищожава много от полезните насекоми, които някога са контролирали вредителите. Нуждите от напояване са довели до изтощаване на водоносните пластове. В северния индийски щат Пенджаб, който е първият център на Зелената революция, подпочвените води се изпомпват толкова бързо, че нивото им спада с около три метра годишно. Експертите предупреждават, че ако сегашните темпове на изпомпване продължат, след двадесет и пет години щатът, който понякога е наричан „хранителната купа на Индия“, може да се превърне в пустиня.

„Ситуацията е тревожна“, отбелязва преди няколко месеца Рана Гурджит Сингх, член на законодателното събрание на Пенджаб. „Време е да се събудим.“

Често се казва, че светът се нуждае от нова зелена революция, втора зелена революция или зелена революция 2.0. Темповете на нарастване на добивите на култури като пшеница, ориз и царевица изглежда са достигнали определено плато, а броят на гладуващите отново се увеличава. Междувременно населението на света продължава да се увеличава; сега то е почти осем милиарда души, а до 2050 г. се очаква да достигне почти десет милиарда. Повишаването на доходите в страни като Китай увеличава потреблението на месо, за чието производство са необходими все повече зърно и фуражи. За да се задоволи очакваното търсене, през следващите тридесет години световното селскостопанско производство ще трябва да се увеличи с почти седемдесет процента. Да се постигне такова увеличение би било трудно дори и в най-добри времена, каквито следващите десетилетия едва ли ще бъдат. Последните изследвания показват, че климатичните промени вече са започнали да намаляват добивите, а със затоплянето на планетата този удар ще става все по-голям. (Самото земеделие има голям принос за изменението на климата.) Отделянето на повече земя за земеделие всъщност не е опция или поне не е добра. По-голямата част от най-добрите почви в света вече се обработват, а изсичането на горите за засаждане на царевица или соя би довело до още по-голямо затопляне.

„В никой друг момент от историята си селското стопанство не е било изправено пред такъв набор от познати и непознати рискове“ се казва в неотдавнашен доклад на Организацията по прехрана и земеделие.

„Трябва да подобрим играта си“, каза ми Енок Чикава, който е израснал във ферма от десет акра в Зимбабве, а сега е временен директор за развитие на селското стопанство във фондация „Гейтс“. „Не можем да продължим да работим както обикновено.“

Един ден, докато бях в Урбана, Лонг ме заведе да посетя тестовите полета на RIPE. Беше в разгара на една от жестоките горещини през миналото лято и за да избегнем жегата, се срещнахме в 8 ч. сутринта. Въпреки това беше горещо.

В сравнение с някоя обикновена ферма тестовите полета на RIPE са това, което е Tesla в сравнение с Model T [„Форд“ от 1905 г.]. Над полетата се извисяват сто и петдесетметрови метални кули, обтегнати с жици. Те се управляват от компютъризирани лебедки, внесени от Австрия – система, която първоначално е била създадена за заснемане на професионални спортни мачове. Системата на RIPE е снабдена със сензори, които, наред с други неща, изстрелват лазерни лъчи и засичат инфрачервена радиация. По време на посещението ми сензорите току-що бяха монтирани; идеята е да се проследява напредъкът на растенията на ежедневна база.

Лонг ме заведе до парцел, заобиколен с електрическа ограда. Той беше разделен на четиридесет еднакви правоъгълника, всеки от които беше обсипан с бели етикети. Правоъгълниците бяха засадени с различни щамове генетично модифицирана соя, променена по същия начин, както тютюневите растения, за да се ускори N.P.Q. Лонг се наведе над някои редове с етикет Е27.

„Може би си въобразявам, но изглежда, че тези са малко по-високи“, каза той. След което бързо добави: „На този етап обаче трябва да сте много внимателни“. През лятото на 2020 г. коригираните растения са произвели значително повече соя, отколкото контролните. Особено добре се е представил сорт Е27. Но дали това е просто случайност? „Надяваме се тази година да получим окончателен отговор“, каза ми Лонг.

В друг участък тютюневите растения растяха ниско до земята. Той обясни, че те представляват опит за справяне с друго препятствие върху фотосинтезата, включващо ензима RuBisCo.

За да произвеждат захари, растенията използват въглероден двуокис, който са поели от въздуха. RuBisCo, за който се смята, че е най-разпространеният ензим на планетата, на практика улавя CO2 и го изпраща в процеса на производство на захар. Подобно на N.P.Q., RuBisCo е бавен. Още по-съществено е, че е склонен към грешки. Понякога, подобно на работник на поточна линия, който взема грешна част, той взема молекула кислород вместо въглероден двуокис. (Вероятно RuBisCo допуска тази грешка, защото в момента на първото му синтезиране преди милиарди години наоколо не е имало кислород, за който да се притесняваме.) Когато RuBisCo случайно вземе О2, растението произвежда токсично съединение, от което трябва да се освободи. Цялото упражнение е доста скъпо: изчислено е, че то може да намали ефективността на фотосинтезата с четиридесет процента. Използвайки гени от бактерии и водорасли, екипът на RIPE е разработил „байпасни“ тютюневи растения, които разграждат токсичното съединение на по-малко етапи.

Лонг посочи един кален участък наблизо. Ако бях пристигнал няколко седмици по-рано – каза той, – щял съм да открия там да растат „байпасни“ картофи. Те са били унищожени от проливните дъждове и сега е твърде късно за пресаждане. „Това е нещо като разрушение“, каза той с въздишка.

От полето се отправихме към огромна оранжерия. Преди да влезем в нея, трябваше да облечем лабораторни престилки и стерилни ботуши. Близо до вратата имаше лавици с тютюневи растения, увити в целофан. Останалата част от оранжерията беше запълнена с дълги редици от нещо, което приличаше на DVD плейъри. Оказа се, че са високотехнологични везни, свързани с прецизна напоителна система. Растенията могат да се поставят на везните и да им се дават премерени глътки вода; след това автоматично се претеглят, за да се види колко са „напълнели“. Повече от четиристотин растения могат да бъдат тествани едновременно, а резултатите показват бързо кои екземпляри с какви генетични промени са най-добре представилите се. Някой завъртя един ключ и над редовете започнаха да пълзят камери, монтирани на скеле. Казаха ми, че камерите ще създават непрекъснат поток от данни за растенията, така че да може да се изследва всичко, чак до извивките на листата им.

От основаването си през 2012 г. досега RIPE се е разраснал и включва почти сто изследователи от четири континента. Надеждата на Лонг е, че в допълнение към настройките на N.P.Q. и байпаса, проектът ще предложи половин дузина други начини за „подобряване“ на фотосинтезата. Екип в Австралия проучва как да ускори пътя на въглеродния двуокис до RuBisCo, а екип в Англия изследва какво се случва веднага след като RuBisCo си свърши работата. Следващата стъпка ще бъде тези генетични модификации да бъдат внедрени в световно значими културни растения – освен със соя и картофи, RIPE работи и с царевица, „кравешки грах“ [канавалия] и маниока – а след това и в местни сортове. (Фермерите в различните части на света засаждат различни сортове царевица и маниока, които са отгледани за местните условия.)

Лонг е особено загрижен да предостави подобрени семена на фермерите в Африка на юг от Сахара – регион, който не се е възползвал много от увеличаването на добивите по време на първоначалната Зелена революция. Днес повече от двеста милиона души там страдат от хронично недохранване.

„Ако можем да предоставим на дребните земеделски производители в Африка технологии, които ще произвеждат повече храна и ще им осигурят по-добър поминък, това е, което наистина мотивира екипа“, каза ми Лонг. Едно от условията на фондация „Гейтс“ е всички постижения, които са резултат от работата на RIPE, да бъдат предоставени „на достъпна цена“ на компании или правителствени агенции, които доставят семена на фермерите в най-бедните страни в света.

Преди обаче да бъдат засадени каквито и да било от творенията на RIPE в Субсахарска Африка или където и да било другаде, ще трябва да бъдат получени всякакви лицензи. (Самите техники за редактиране на гени, които Лонг и колегите му използват, често са патентовани.) След това променените гени ще трябва да бъдат одобрени от съответната агенция в съответната страна, а промените ще трябва да бъдат отгледани в местни сортове. Досега само няколко африкански държави са разрешили отглеждането на генетично модифицирани [ГМ] култури, като повечето от одобренията са за памук ГМ. Неотдавнашно проучване отбеляза, че поне две дузини хранителни култури с ГМ – някои модифицирани за устойчивост на насекоми, други за устойчивост на сол – са били представени на регулаторните агенции в региона, но остават в неизвестност.

„Множество жизнеспособни технологии продължават да стоят на рафта, често поради регулаторна парализа“, се отбелязва в проучването. (В САЩ на практика цялата отглеждана соя и царевица е генетично модифицирана; други одобрени хранителни култури с ГМ включват ябълки, картофи, папая, захарно цвекло и рапица. За разлика от тях, в Европа генетично модифицираните култури са забранени.) Междувременно, доколкото отношението към ГМ храни е изследвано в Субсахарска Африка, мнозинството от хората изглежда се отнасят с резерви към тях. Скорошно проучване, проведено в Зимбабве например, е установило, че почти три четвърти от анкетираните смятат, че те са „твърде рискови“. Дребните земеделски стопани не разполагат с достатъчно земя, за да оставят буферни зони, което означава, че ако отглеждат култури от ГМО, които се опрашват кръстосано, те могат да се смесят или да замърсят съседите си, които не са от ГМО.

Когато попитах Лонг за целесъобразността на разработването на генетично модифицирани сортове за използване в страни, които не изглеждат особено желани, той ми каза, че на среща с изследователи от RIPE подобен въпрос е бил зададен на Бил Гейтс.

„Неговият отговор беше: ‚Ами, нещата може да се променят, ако тези прогнози за недостиг на храна се сбъднат‘, каза Лонг. ‚И ако те се сбъднат, ще бъде твърде късно да се правят тези изследвания‘.“

Преди около тридесет милиона години някакво растение – никой не знае точно кое, но вероятно е било трева – е измислило свой собствен хак за подобряване на фотосинтезата. Този хак не е променил стъпките, които участват в процеса, а е добавил нови. Новите етапи са концентрирали CO2 около RuBisCo, като с това ефективно са елиминирали възможността ензимът да направи грешка. (За да разширим метафората за монтажната линия, представете си работник, заобиколен от кутии с правилни части и нито една от грешните.) По онова време нивата на въглероден двуокис в атмосферата са спаднали – тенденция, която ще продължи почти дотогава, докато хората разберат как да изгарят „правилно“ изкопаемите горива – така че, въпреки че хакването струва на растението известна енергия, то предлага нетна печалба. Всъщност хакът се е оказал толкова полезен, че скоро и други растения последвали примера. Това, което сега е известно като фотосинтеза С4, е еволюирало по независими начини поне четиридесет и пет пъти в деветнадесет различни растителни семейства. (Терминът „С4“ се отнася до четиривъглеродно съединение, което се получава в един от допълнителните етапи). В днешно време няколко от основните културни растения в света са С4, включително царевица, просо и сорго, както и няколко от основните плевели в света, като „рачешката трева“ и тученицата.

Фотосинтезата С4 е не само по-ефективна от обикновената, която е известна като С3. Освен това тя изисква по-малко вода и по-малко азот, а оттам и по-малко торове. Преди около двадесет и пет години един физиолог на име Джон Шийхи е измислил нещо, което много други физиолози на растенията са смятали за абсурдна идея. Той решил, че оризът, който е растение от клас С3, трябва да се превърне в клас С4. Подобно на Лонг, Ший е от Англия, но работи във Филипините, в изследователския институт, където през 1960-те години селекционерите са разработили сортовете ориз, които помагат да се разпали Зелената революция. През 1999 г. Шийхи организира среща в института, за да обсъди идеята си. Общото мнение на участниците е, че това е невъзможно.

Шийхи не се отказва. През 2006 г., наближавайки пенсионирането си, той организира втора среща по темата. Участниците отново са скептични. Но този път те решават, че поне си струва схемата на Шийхи да се опита. Джейн Лангдейл, растителна биоложка от Оксфорд, е сред изследователите на втората среща. „Цареше усещането, че ситуацията е от вида ‚сега или никога‘“, каза тя наскоро, когато разговарях с нея по телефона. „Или щеше да се наложи да привлечем по-млади хора към това, или щяхме да изгубим възможността.“ Така се ражда проектът C4 Rice, който Лангдейл сега ръководи. (Шийхи почина през 2019 г.)

Проектът C4 Rice може да се разглежда като по-краен братовчед на RIPE. Той също е финансиран от фондация „Гейтс“ и също има за цел да изхрани света, като преработи ориза от хлоропласта нагоре. „Като се има предвид, че пътят С4 е с до 50% по-ефективен от пътя С3, въвеждането на черти от С4 в култура от клас С3 би имало драматично въздействие върху добива“, се отбелязва на уебсайта на проекта.

Това, което прави работата толкова трудна, е, че С4 растенията не просто преминават през допълнителни етапи на фотосинтезата, а имат и различна анатомия. Наред с други неща, жилките в листата на растенията С4 са много по-плътно разположени, отколкото тези в растенията С3, и това разстояние е от решаващо значение за начинанието. В проекта за ориз С4 участват тридесет изследователи от пет държави. Някои от учените се фокусират върху трансформирането на листата на растението, а други – върху промяната на биохимията му.

„Работим, за да се опитаме да направим тези две неща паралелно“, обясни ми Лангдейл. „Но в крайна сметка трябва да направим и двете.“

Проектът се сблъсква с много препятствия, но все пак напредва. Лабораторията на Лангдейл е успяла да създаде оризови растения с по-голям обем на жилките в листата, въпреки че той все още не е достатъчно голям. Други лаборатории са разработили оризови растения, които генерират решаващото четиривъглеродно съединение; тези растения обаче не предприемат следващата стъпка, а именно да се откажат от един от въглеводородите, който да бъде зает от RuBisCo.

„Когато започнахме, всички си мислеха, че сме луди“, казва Лангдейл. „Не беше лесно пътуване. Но мисля, че сега хората гледат и си мислят: Знаете ли – те наистина постигат напредък.“

„Не знам дали някога ще направим ориз с пълната анатомия и биохимия на С4“, продължава тя. „Но смятам, че по пътя си ще открием неща, които ще подобрят добива и ефективността, дори и да не е пълната технология.“

Няколко дни след като разговарях с Лангдейл, три селянки от индийския щат Пенджаб бяха блъснати от камион на мястото на демонстрация близо до Ню Делхи. (Всички жертви са жени на възраст между петдесет и шестдесет години.) През последната година стотици хиляди фермери в Индия протестираха срещу правителството на министър-председателя Нарендра Моди, а от месеци насам десетки хиляди лагеруват по пътищата, водещи към столицата.

В директен план обектът на гнева на фермерите е набор от закони, прокарани в парламента от партията на Моди; те се опасяват, че тези закони могат да доведат до прекратяване на държавната подкрепа за производителите. В по-дълбок смисъл обаче напрежението се корени в Зелената революция. За да насърчи фермерите да засаждат по-добивни, но и по-жадни сортове ориз и пшеница, през 1960-те години индийското правителство въвежда системата за ценова подкрепа. Сега субсидиите са довели до излишък на тези стоки, въпреки че отглеждането им води до изчерпване на водоносните хоризонти на страната, и правителството иска да накара земеделските производители да се откажат от културите, които някога ги е подтиквало да засаждат. За милионите земеделски производители в страната, повечето от които притежават по-малко от пет декара, промените в статуквото изглежда ще доведат само до още по-голяма мизерия.

„Много хора твърдят, че ценовите помощи, които се предоставят в момента, едва ли са достатъчни, за да се покрият производствените разходи“, каза ми Судха Нараянан, научен сътрудник в офиса на Международния институт за изследване на хранителната политика в Ню Делхи. Но фермерите зависят от тези помощи, за да определят поне минималния размер на доходите им: „Те се разглеждат като вид застраховка.“ В края на миналия месец парламентът изненадващо гласува за отмяна на тези закони, но това не сложи край на протестите; сега фермерите призовават за разширяване на ценовата подкрепа и за други култури.

Въпросът как да се осъществи втората Зелена революция, без да се повтарят или задълбочават грешките на първата, поставя под въпрос усилията за увеличаване на добивите, особено в страните от глобалния Юг. С изменението на климата предизвикателствата в много отношения са още по-сериозни, отколкото през 1960-те години. Изследователските институти, които са помогнали за първоначалната Зелена революция, сред които Международният център за подобряване на царевицата и пшеницата в Мексико, където е работил Норман Борлауг, и Международният институт за изследване на ориза във Филипините, където е работил Джон Шийхи, са част от консорциум, наречен CGIAR. (Името идва от Consultative Group on International Agricultural Research – Консултативна група за международни селскостопански изследвания). CGIAR е в процес на преструктуриране.

„В основата си реорганизацията е свързана с опитите да се атакуват така наречените проблеми на ХХІ век, като се обърне внимание на критиката на Зелената революция“, каза ми Чанинг Арндт, директор на отдел в Международния институт за изследване на хранителната политика, който е част от CGIAR. Зелената революция „определено донесе много калории“, продължи той. „Но тя донесе и замърсяване и други проблеми, които не искаме да се повтарят.“

Един от начините да се погледне на RIPE и проекта C4 Rice е като на усилия за прилагане на инструментите на XXI век за решаване на проблеми на XXI век. За добро или зло, в наши дни вече разполагаме с възможности за манипулиране на живота на най-основно ниво, а това открива всякакви други възможности – от лечение на генетични заболявания до производство на биологични оръжия. Растенията, които правят по-малко грешки при фотосинтезата или завършват процеса по-ефективно, биха произвеждали повече храна на декар, потенциално с по-малко вложения. От това ще се възползват не само хората, но и безбройните видове, чиито местообитания ще бъдат пощадени. „След двадесет години това може да бъде от голямо значение“, каза ми Едуард Мабая, професор по научни изследвания в Корнел.

Но в много отношения проблемите на двадесет и първи век са наследство от деветнадесети и двадесети век и не е ясно дали новите инструменти са по-подходящи за решаването им от старите. Както ми посочи Мабая, който е и главен научен съветник на Африканския индекс за достъп до семена, изследователите вече са разработили много подобрени сортове за Африка на юг от Сахара, използвайки конвенционални методи за селекция.

„Повечето от сортовете, може би осемдесет процента от тях, просто се озовават на рафта“, каза той. „Те никога не достигат до дребните фермери.“ (Индексът за достъп, който работи за идентифициране на задръстванията в африканските системи за семена, е друга група, финансирана отчасти от фондация „Гейтс“).

Вара Прасад, учен в областта на растениевъдството в Държавния университет на Канзас и директор на една от лабораториите за иновации в рамките на инициативата „Изхранване на бъдещето“, ми каза почти същото: по-голямата част от дребните фермери в Африка и Южна Азия не засаждат вече съществуващите подобрени сортове. Понякога проблемът е в цената. Например при хибридите семената не могат да се запазват и трябва да се купуват отново всяка година; въпреки че допълнителният добив би трябвало да покрие разходите, дребните земеделски стопани може просто да нямат пари. Понякога пречките могат да бъдат трудни дори за идентифициране.

„Винаги говорим за технологиите, но пренебрегваме социалните аспекти“, каза ми Прасад. „Трябва да разберем пречките пред приемането, а ние нямаме ясна представа за тях.

„Разгледах проекта RIPE“, продължи той. „Има ли антрополози в него? Има ли икономисти? Има ли специалисти по хранене? Хора, занимаващи се с овластяване на половете? Тук наистина трябва да мислим за социални, а не само за биофизични иновации – а аз съм биофизик.“

Самият Борлауг предупреждава, че не бива да се доверява прекалено много на технологиите за решаване на проблемите на обществото. В Нобеловата си лекция през 1970 г. той нарича Зелената революция „временен успех“; ако населението продължи да се увеличава, този успех, опасява се той, ще се окаже „ефимерен“.

„В земеделското производство няма чудеса“, казва той. И дори ако производството може да се справи с нарастването на населението, ще остане въпросът за разпределението, за преодоляването на голямата глобална пропаст между имащите, които „живеят в лукс, какъвто никога не са изпитвали“, и нямащите, които пращат децата си да спят гладни.

„Тъжен факт е, че на тази земя в този късен момент все още има два свята“, отбелязва Борлауг.

 

Източник

 

Елизабет Колберт е американска авторка, журналистка и професорка в Уилямс колидж, Масачузетс. Тя е най-широко известна с книгата си Field Notes from a Catastrophe, а също и като наблюдател и екологичен коментатор на страниците на списание The New Yorker. Колберт е носителка на наградата Пулицър за документална проза от 2015 г., за книгата си The Sixth Extinction: An Unnatural History.

Pin It

Прочетете още...

Default Image

Период и екология

Александър Кьосев 20 Авг, 2016 Hits: 8229
Понякога литературоведът има навика да мисли…