عصرایران؛ محمد مهدی حیدرپور - گیاهان، جاندارانی به شدت از رده خارج محسوب می شوند! آنها فرآیند فتوسنتز خود را میلیاردها سال پیش و با به خدمت گرفتن باکتری هایی که توانایی تبدیل نور خورشید به انرژی شیمیایی را دارند، کسب کرده اند. گیاهان به تصاحب خاک ها ادامه داده و کره زمین را سبز کردند اما آنها قربانیان موفقیت اولیه خود نیز شده اند. سیانوباکتری های به خدمت گرفته شده دامنه کمی برای تکامل داشته که به معنای مواجهه گیاهان با چالش سازگاری با تغییرات اتمسفری است.
به گزارش "گروه علم و فناوری" عصرایران، بستگان زندگی آزاد آن باکتری ها قادر به تحول و تکامل بی قید و بند بوده اند. فرآیند فتوسنتزی آنها سریع‌تر و کارآمدتر بوده و به آنها اجازه می دهد انرژی خورشیدی بیشتری را جذب کنند. دیر زمانی است که دانشمندان درباره به روز رسانی گیاهان زراعی با به کارگیری سیستم فتوسنتزی بهتر سیانوباکتری های زندگی آزاد مطالعه می کنند. تا همین اواخر تمامی تلاش ها با شکست مواجه شده بودند اما در حال حاضر گامی بزرگ به سوی تحقق این ایده برداشته شده است.
تیمی مشترک از دانشگاه کورنل در نیویورک و مرکز روتامستد ریسرچ در انگلیس موفق به جایگزینی یک آنزیم کلیدی در گیاه تنباکو با نسخه ای سریع‌تر از یک سیانوباکتری شده اند. موفقیت آنها جهشی بزرگ در بهره وری کشاورزی را وعده می دهد اما مسیر پیش رو خالی از چالش نخواهد بود.
آنزیم مورد بحث به نام RuBisCo شناخته می شود و مهمترین آنزیم در جهان است زیرا تقریبا تمامی موجودات زنده برای تامین غذای خود به آن وابسته هستند. اما این آنزیم فوق العاده کند بوده و تنها حدود سه واکنش در ثانیه را کاتالیز می کند. آنزیم RuBisCo در زمانی تکامل یافته که اتمسفر سرشار از دی اکسید کربن اما خالی از اکسیژن بوده است. اکنون، میزان اکسیژن چشمگیر و میزان دی اکسید کربن در مقایسه با آن اندک است و RuBisCo عادت اشتباه گرفتن اکسیژن به جای دی اکسید کربن را دارد که مقادیر زیادی انرژی را به هدر می دهد.
ناکارآمدی این آنزیم عامل اصلی در محدود شدن میزان انرژی است که گیاهان می توانند از خورشید جذب کنند. نسخه ای که در اکثر گیاهان یافت می شود شرایط بهتری در شناسایی دی اکسید کربن یافته اما این مساله به بهای کندتر شدن هرچه بیشتر بوده است. در همین حال، سیانوباکتری های آزاد روشی برای تغلیظ دی اکسید کربن در اطراف RuBisCo یافته و از این رو می توانند نسخه ای سریع‌تر را حفظ کنند.
در نتیجه، تمایل به ارتقا گیاهان زراعی با افزودن سیانوباکتری هایی که می توانند بازده محصول را به میزان 25 درصد افزایش دهند، شکل گرفته است. چنین گیاهانی به آب کمتری نیاز خواهند داشت زیرا نیازی به باز نگه داشتن حداکثری روزنه های خود ندارند و این به معنای حفظ هرچه بهتر رطوبت است.
پرورش محصولات کشاورزی برتر با فرآیند "فتوسنتز توربوشارژردار" طی چند دهه آینده قطعی به نظر می رسد. این خبری فوق العاده برای جهانی محسوب می شود که تقاضا برای مواد غذایی در آن با توجه به روند افزایشی جمعیت و مصارف دیگر مانند تولید زیست سوخت ها رو به رشد است و از سوی دیگر گرمایش جهانی اثر قابل توجهی بر تولید محصولات کشاورزی خواهد داشت. در حقیقت، گیاهان بیشتر مولد به معنای بازده بیشتر است.
اما در این میان خطری نیز وجود دارد. منتقدان اصلاح ژنتیکی معتقدند محصولات اصلاح شده در طبیعت پخش خواهند شد یا آن ژن های اصلاح شده بستگان وحشی گیاهان را آلوده خواهد کرد که این مساله آثار و پیامدهای فاجعه باری به همراه خواهد داشت. این نگرانی ها تا اندازه ای اغراق شده به نظر می رسند. در حال حاضر، گیاهانی عظیم در بسیاری از کشورهای جهان وجود دارند که نه مخلوقاتی اصلاح ژنتیکی شده بلکه گونه های مهاجم هستند.
این مساله تعجب آور نیست زیرا اکثر صفات اصلاح ژنتیکی شده برای گیاهان وحشی کارایی ندارند. صفتی مانند مقاومت در برابر علف کش تنها برای گیاهانی که در مناطقی مانند زمین های کشاورزی و حاشیه جاده ها رشد می کنند، مفید هستند.
ارتقا فتوسنتز داستان متفاوتی است. اگر زیست شناسان در این زمینه به میزان 25 درصد یا بیشتر موفق شوند، گیاهان ارتقا یافته نسبت به پسر عموهای اصلاح نشده خود مزیت بزرگتری دارند. و این مساله می تواند مشکل آفرین باشد.
حدود 30 میلیون سال پیش برخی گیاهان روشی را برای تغلیظ دی اکسید کربن به شیوه ای که سیانوباکتری ها انجام می دهند، توسعه دادند. آنها به نام گیاهان C4 شناخته می شوند و اگرچه تنها چهار درصد از گونه های گیاهی را تشکیل می دهند اما 25 درصد از زیست توده گیاهی را به خود اختصاص داده اند.
اگر ما زمین های کشاورزی خود را با محصولات کشاورزی برتر پر کرده و جنگل هایی از درختان برتر ایجاد کنیم، وحشی شدن آنها، همانند گیاهان C4، اجتناب ناپذیر به نظر می رسد و اگرچه ممکن است هزاران سال طول بکشد اما آنها بر برخی زیست بوم ها تسلط خواهند یافت. این چشم انداز موجب نگرانی بسیاری شده است.
اما در شرایطی که کمپین های ضد گیاهان اصلاح شده به فعالیت خود ادامه می دهند، از سوی دیگر استدلال هایی به سود ارتقا بازده کشاورزی برای تغذیه افراد بیشتر از طریق به کارگیری زمین کمتر در شرایطی که دی اکسید کربن بیشتری نیز از اتمسفر جذب می شود نیز وجود دارند. همچنین، حیوانات وحشی نیز به غذا نیاز دارند و ما چیز زیادی برای آنها باقی نمی گذاریم. در حقیقت، زیست بومی مبتنی بر گیاهان برتر به طور کلی از زندگی بیشتری پشتیبانی می کند.
بر همین اساس، اگر قصد داریم تا گیاهان را تغییر شکل دهیم تا مواد غذایی بیشتری تولید کنند چرا نباید این کار را به روشی انجام دهیم که موجودات زنده بیشتری و نه فقط انسان ها از آن سود ببرند؟