PDF Basket
Liczba ludności na świecie stale rośnie i do 2050 roku może osiągnąć 10 miliardów. Bezpieczne wyżywienie tak dużej liczby ludzi wymaga dwukrotnego zwiększenia światowych plonów, co przekłada się na konieczność podwojenia obecnej produkcji w okresie krótszym niż 30 lat.
Już to zadanie stanowi olbrzymie wyzwanie, jednak musimy dodatkowo uwzględnić kwestię zrównoważonego rozwoju. Z aż 13 miliardów hektarów ziemi na naszej planecie tylko 38 % możemy przeznaczyć na uprawy rolne. Z racji tego, że pozostała część jest zalesiona, zabudowana lub nie nadaje się do produkcji żywności, zwiększenie powierzchni gruntów ornych byłoby nie tylko niezwykle trudne, lecz także niezrównoważone i szkodliwe dla środowiska. Drugim rozwiązaniem tego problemu są bardziej wydajne, skuteczne i produktywne metody rolnicze.
„Musimy lepiej wykorzystywać dostępne zasoby, aby produkować więcej żywności z gruntów rolnych, którymi dysponujemy już teraz”, twierdzi Tobias Erb, dyrektor i kierownik grupy badawczej w Instytucie Mikrobiologii Ziemi im. Maxa Plancka w niemieckim Marburgu.
To właśnie tym problemem zajął się zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu FutureAgriculture.
„Obecnie uprawiane przez nas rośliny wykorzystują w procesie wzrostu naturalny proces fotosyntezy – pochłaniają światło słoneczne, by wytworzyć sobie pożywienie z dwutlenku węgla (CO2) i wody”, wyjaśnia Erb, który pełni rolę koordynatora projektu. „Niestety, wydajność tego procesu nie pozwala na wytwarzanie ilości żywności zaspokajającej potrzeby naszego świata w zrównoważony sposób”.
Aby uzupełnić tę lukę, w ramach projektu FutureAgriculture badacze podjęli ogólnoeuropejskie działania mające na celu zwiększenie plonów poprzez modyfikację naturalnego procesu fotosyntezy. „Wykorzystując metody znane z biologii syntetycznej w celu zwiększenia wydajności fotosyntezy, chcemy zwiększyć zdolność roślin do efektywnego wychwytywania CO2, co przełoży się na lepsze wytwarzanie biomasy”, dodaje Erb.
Usprawnić naturę
Aby osiągnąć postawiony w ten sposób cel, badacze musieli oprzeć się na wieloetapowym podejściu. „W pierwszej kolejności zajęliśmy się analizą ograniczeń naturalnej fotosyntezy”, wyjaśnia Erb. „Następnie wykorzystaliśmy podejście oparte na obliczeniach, by w ten sposób systematycznie poszukiwać nowych rozwiązań biologicznych, które pozwoliłyby nam na zwiększenie ilości CO2 wychwytywanego w czasie procesu fotosyntezy”.
W laboratorium naukowcy opracowali enzymy niewystępujące dotychczas w naturze, a następnie połączyli je z istniejącymi enzymami, co pozwoliło na stworzenie nowych ścieżek metabolicznych umożliwiających usprawnienie konwersji dwutlenku węgla. „To odkrycie pozwoliło nam znaleźć i zbudować zupełnie nowe rozwiązania, których nie wymyśliła jeszcze nawet sama natura”, zauważa Erb.
Naukowcy poszli o krok dalej, skutecznie wykazując, że stworzone przez nich ścieżki są aktywne w żywych roślinach. Co więcej, w ramach projektu wykazali także, że w określonych warunkach ścieżki te mogą poprawić aktywność fotosyntetyczną.
„Nasz projekt doprowadził do znacznego zwiększenia gotowości technologicznej syntetycznych rozwiązań biologicznych”, zauważa Erb. „W ciągu zaledwie 5 lat udało nam się wykazać, że dzięki zastosowaniu metod znanych z biologii syntetycznej jesteśmy w stanie usprawnić proces fotosyntezy”.
Gotowe na nową rzeczywistość
Według Erba, projekt FutureAgriculture odegra ważną rolę w zaspokajaniu stale rosnących potrzeb ludzkości na żywność.
„Naturalna fotosynteza nie jest w stanie dotrzymać kroku zmianie klimatu, zwłaszcza stale rosnącym temperaturom oraz dotkliwym suszom spowodowanym wzrostem poziomu CO2”, twierdzi badacz.
Dodaje także, że choć potrzeba więcej badań, jest przekonany, że rośliny wzbogacone o syntetyczne ścieżki dodane w ramach projektu FutureAgriculture będą w stanie przystosować się i funkcjonować w tej nowej rzeczywistości.
„Teoretycznie nasz projekt powinien być w stanie poprawić wydajność fotosyntezy nawet o 30 %”, podsumowuje. „To doskonale pokazuje, co może osiągnąć nauka, gdy najlepsi europejscy naukowcy współpracują ze sobą i korzystają z doskonałych unijnych mechanizmów finansowania”.