Η βιολογική επανάσταση που αναπτερώνει τις ελπίδες του πλανήτη

Τα φυτά μετατρέπουν το φως του Ήλιου σε ενέργεια μέσω της φωτοσύνθεσης, όμως παράλληλα εκτελούν τη διαδικασία της φωτοαναπνοής, η οποία αποτελεί ένα είδος αντι-φωτοσύνθεσης και περιορίζει τις δυνατότητες της φωτοσύνθεσης σε ποσοστό 20% έως 50%. Με τη νέα βιοτεχνολογική μέθοδο, ξεπερνιούνται οι εγγενείς αδυναμίες της φυσικής φωτοσύνθεσης και μπορεί να βελτιωθεί η παραγωγικότητα σημαντικών καλλιεργειών παγκοσμίως όπως του σιταριού και του ρυζιού, χωρίς να χρειασθούν πρόσθετα λιπάσματα, φυτοφάρμακα ή νερό για άρδευση.

Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ιλινόις και της Υπηρεσίας Γεωργικής Έρευνας του υπουργείου Γεωργίας των ΗΠΑ, με επικεφαλής τον καθηγητή επιστήμης φυτικής παραγωγής Ντόναλντ Ορτ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό "Science", τροποποίησαν γενετικά τα φυτά του καπνού, ώστε η φωτοαναπνοή να μη βάζει πλέον «φρένο» στη φωτοσύνθεση, κάνοντάς τα έτσι 40% πιο παραγωγικά σε πραγματικές συνθήκες.

«Θα μπορούσαμε κάθε χρόνο να θρέψουμε έως 200 εκατομμύρια περισσότερους ανθρώπους με τις θερμίδες που χάνονται εξαιτίας της φωτοαναπνοής μόνο στις μεσοδυτικές πολιτείες των ΗΠΑ. Ανακτώντας έστω ένα μέρος μόνο από αυτές τις χαμένες θερμίδες σε όλο τον κόσμο, θα συνέβαλε σημαντικά στο να ικανοποιήσουμε τις ταχέως αυξανόμενες ανάγκες για διατροφή στον 21ο αιώνα, οι οποίες οφείλονται τόσο στην αύξηση του πληθυσμού όσο και στις ολοένα πιο πλούσιες σε θερμίδες διατροφικές συνήθειες», δήλωσε ο Ορτ.

Η φωτοσύνθεση χρησιμοποιεί το ένζυμο Ρουμπίσκο (την πιο άφθονη πρωτεΐνη στη Γη) και την ηλιακή ενέργεια για να μετατρέψει το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε σάκχαρα που τροφοδοτούν την ανάπτυξη του φυτού (και σε οξυγόνο που αναπνέουμε). Δυστυχώς η Ρουμπίσκο έχει πέσει θύμα της επιτυχίας της, καθώς έχοντας πια δημιουργήσει μια ατμόσφαιρα πλούσια σε οξυγόνο, αδυνατεί να διακρίνει ανάμεσα στο μόριο του διοξειδίου και του οξυγόνου, με συνέπεια περίπου στο 20% των περιπτώσεων να «αρπάζει» μόρια οξυγόνου αντί διοξειδίου.

Αυτό οδηγεί στην εισαγωγή τοξικής ουσίας στο φυτό, το οποίο μετά υποχρεώνεται να την αποβάλει, ανακυκλώνοντάς την μέσω της φωτοαναπνοής. Αν το φυτό δεν υποχρεωνόταν να κάνει συνεχώς αυτή την ανακύκλωση μέσω της φωτοαναπνοής, η φωτοσύνθεσή του θα ήταν πολύ πιο αποτελεσματική και η ανάπτυξη του φυτού μεγαλύτερη.

Αυτό ακριβώς πέτυχαν οι επιστήμονες, συντομεύοντας δραστικά τη διαδικασία της φωτοαναπνοής μέσα από τη δημιουργία νέων μεταβολικών «μονοπατιών» και απαλλάσσοντας το φυτό από την υποχρέωση να καταβάλει πολύτιμη ενέργεια και πόρους, οι οποίοι πλέον μπορούν να στραφούν στη φωτοσύνθεση. Τα τροποποιημένα φυτά, όπως έδειξαν τα διετή πειράματα σε πραγματικές καλλιέργειες υπαίθριες και θερμοκηπίου, αναπτύσσονται ταχύτερα, γίνονται ψηλότερα και παράγουν περίπου 40% περισσότερη φυτική βιομάζα.

Μετά τα αρχικά πειράματα σε φυτά καπνού, έχουν ήδη αρχίσει δοκιμές με τροποποιημένα φυτά σόγιας, ρυζιού, πατάτας, ντομάτας κ.α. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι θα χρειαστεί περίπου μια δεκαετία για να «μεταφραστεί» η νέα ανακάλυψη σε νέες αποδοτικότερες γεωργικές καλλιέργειες με φυτά που θα κάνουν «τούρμπο» φωτοσύνθεση.