Když jsme minulý týden vydali článek o tom, že zavádění geneticky modifikovaných plodin přímo nevedlo ke zvyšování výnosu, už to vlastně nebyla pravda. Několik dnů dopředu připravený článek „shodila“ studie, která byla zveřejněna ve čtvrtek večer ve slovutném časopise Science od týmu vedeného Krishnou Niyogim z Kalifornské univerzity a Stephenem Longem působícím na univerzitách v Illinois a Lancasteru.
Proč nám studie článek tak trochu „pokazila“? Je to vůbec první případ, kdy se podařilo prokázat, že genetická modifikace - v tomto případě vedoucí ke zvýšení účinnosti fotosyntézy může v polních podmínkách zvýšit výnosy.
Šli na to od Slunce
Pro svůj průlomový objev využili vědci přirozené rezervy ve fotosyntéze, klíčovém procesu, v němž rostliny využívají sluneční energii k syntéze cukru z vody a oxidu uhličitého. Ačkoli rostlina umí sluneční záření zužitkovat, před jeho nadbytkem se musí chránit podobně, jako my přivíráme oči před prudkým světlem. V nadbytku světla nepoužívá rostlina všechny fotony k proměně oxidu uhličitého a vody na cukry, ale zčásti se jich bez užitku zbavuje v podobě tepla. Pokud sluneční svit ochabne, např. když se nebe zatáhne, dokáže rostlina tento ochranný štít vypnout a se světlem pak nakládá podstatně hospodárněji.
Ochrana před nadměrným slunečním zářením nastupuje u rostlin během několika minut, ale její vypínání při úbytku světla je podstatně zdlouhavější a táhne se minimálně půl hodiny. Po celou tu dobu rostlina plýtvá sluneční energií, i když už jí ve skutečnosti nemá nadbytek. Planým rostlinám toto mrhání nevadí, protože jim „nejde“ o výnosy, ale přežití jejich genů do další generace, z našeho hlediska však představuje významnou ztrátu v produkci. Stephen Long spočítal, že za podmínek panujících ve středních zeměpisných šířkách přichází rostlina prodlevou při tlumení ochrany před nadměrným světlem až 30 % cukrů vyráběných fotosyntézou.
Rozložení fotosyntetizujících organismů na Zemi podle jejich množství. Údaje o množství chlorofylu v moři dodala sonda OrbView-2, respektive její přístroj SeaWiFS, který právě to měl za svůj primární vědecký úkol.
Long, Niyogi a jejich spolupracovníci se pokusili zrychlit proces vypínání ochranného režimu, tedy dosáhnout toho, aby rostlina co nejrychleji znovu pracovala „na plný plyn“. Rostliny tabáku, jejichž dědičnou informaci umějí vědci snadno upravovat, vybavili trojicí genů vypůjčených od drobné modelové rostliny huseníčku rolního. Obrazně řečeno zečtyřnásobily sílu signálu k vypnutí ochrany. Tabáky překypovaly bílkovinami vypínajícími ochranný režim a při poklesu intenzity slunečního záření přestávaly velmi rychle mrhat sluneční energií. Rostly díky tomu mnohem lépe jak v laboratoři, tak i ve sklenících.
Rozhodující zkoušku ohněm podstoupily tyto rostliny na pokusných polích Univerzity Illinois. Také v polních podmínkách se v listech, stoncích a kořenech geneticky modifikovaných tabáků vytvářelo až o pětinu více hmoty než v rostlinách s neupravenou dědičnou informací.
Zatím není jasné, jestli podobně modifikovaná rýže nebo pšenice budou dávat vyšší výnosy zrna, ale na zodpovězení této otázky nebudeme čekat dlouho. Niyogi a Long už začali pracovat na rýži a kukuřici, které by podobně jako pokusné tabáky zbytečně nemrhaly sluneční energií a využívaly by ji plně k fotosyntéze.
Stephen Long se netají názorem, že jeho řešení není optimální a jiné týmy jistě najdou účinnější způsoby pro vypnutí ochranného režimu rostlin. Intenzitu fotosyntézy je podle Longa možné posunou na ještě vyšší úroveň. „Jsem přesvědčený, že efekty mohou být podstatně vyšší než ty, kterých jsme dosáhli my,“ říká Long v rozhovoru pro časopis Science.
Výnosy nebyly prioritou
Stávající geneticky modifikované odrůdy zemědělských plodin přinášejí pěstitelům zisky i v případě, že přímo nezvyšují výnos z hektaru. Jejich pěstování může být výhodné třeba i kvůli nižším nákladům. Američtí pěstitelé cukrové řepy vydělali přechodem z tradičních odrůd na geneticky modifikované odrůdy odolné k herbicidům navíc v průměru asi 250 dolarů na hektar, i když výnosy jim nijak dramaticky nestouply.
Nesmlouvavé zákonitosti trhu se zemědělskými komoditami mají za následek, že pěstitelé na extrémně dobré úrodě příliš nevydělávají. Při bohaté sklizni ceny klesají a to se promítne do tržeb. Přesto je zvyšování výnosů aktuální a důležité.
Počet obyvatel Země neustále roste a nakrmit rozrůstající se populaci představuje především pro země třetího světa závažný problém. V roce 2050 bude zapotřebí získat ze stávajících ploch zemědělské půdy o 70 % více potravin. Pokud porostou výnosy pomaleji než potřeba potravin, bude možné nakrmit lidstvo jen za cenu rozšiřování ploch polí, sadů, zahrad či pastvin. Často se na ně promění dosud nenarušená příroda jedinečných lesů či savan.
Zelená revoluce
Buňky s viditelnými chloroplasty, tedy tělísky, ve kterých probíhá fotosyntéza. Jedná se o buňky mechu Plagiomnium affine.
Velký skok ve výnosech zemědělských plodin se podařil naposledy během tzv. zelené revoluce. U jejího zrodu stál americký agronom Norman Borlaug, který po druhé světové válce vyšlechtil v Mexiku pšenice s krátkým pevným stéblem schopným unést větší klasy. Tyto rostliny neukládaly tolik živiny do slámy a využívaly je k tvorbě zrn. Borlaug také pšenici šlechtěním obrnil proti rzím, jež dokázaly zničit valnou část úrody.
Výnosy se tak zvýšily na bezmála dvojnásobek a stabilizovaly se. Mexiko sužované v první polovině 20. století opakujícími se hladomory, se díky Borlaugovým pšenicím nejen vymanilo z hrozeb katastrofálních neúrod, ale stalo se dokonce exportérem obilí. Norman Borlaug tak za přínos pro boj se světovým hladem v roce 1970 plným právem dostal Nobelovu cenu míru.
Borlaugovým úspěchem se nechali inspirovat i šlechtitelé rýže a dalších plodin a také oni slavili úspěchy s novými odrůdami s vysokými výnosy. Zelená revoluce od základů změnila světové zemědělství a znamenala obrovský přínos pro země třetího světa s výjimkou subsaharské Afriky. Tam docházelo v padesátých a šedesátých letech k politickým zvratům a v těchto neklidných časech Afričané šanci na pozvednutí zemědělství zelenou revolucí fatálně propásli.
Dnes je zřejmé, že se potenciál zelené revoluce pomalu, ale jistě vyčerpává. Svět stojí před potřebou druhé zelené revoluce. Významnou roli v ní mohou sehrát i rostliny s výkonnější fotosyntézou. Koncepce rozvíjená Stephenem Longem a Krishnou Niyogim je jen jednou z mnoha cest k realizaci nové revoluce v zemědělství. Vědci se například snaží vybavit rýži výkonnějším systémem fotosyntézy, jaký je vlastní kukuřici. Další rezervy nabízí poměrně „líný“ enzym RuBisCO, jenž při fotosyntéze v rostlinách katalyzuje chemické reakce stojící na počátku proměny oxidu uhličitého na cukry. Vědci pilně pracují na jeho vylepšení nebo náhradě výkonnějšími „modely“. Úspěch Longa a Niyogiho dokazuje, že podobné ambiciózní projekty nemusí být bez šance na úspěch.
Klidnější snad mohou být tentokrát i skeptici, kteří vidí za každým úspěchem rostlinných biotechnologií zištnou aktivitu prohnaných nadnárodních koncernů. Výzkum Longa a Niyogiho financovala charitativní nadace Bill and Melinda Gates Foundation. To mimochodem jen potvrzuje tezi v předchozím textu o GMO a výnosech, podle které zákony trhu vedly výrobce k tomu, aby vytvářeli jen typy rostlin ekonomicky výhodné pro producenty a zemědělce bez zřetele na „obecné blaho“.
Přínosy technologie genové modifikace nebyly plně využity, konzumenti je tedy nemohli plně ocenit a k technologii si nevytvářeli pozitivní vztah (takže ho formovaly nejasné obavy z bezpečnosti či možných dopadů). Výzkum dotovaný „neziskovkou“ Gatesových touto ekonomickou logikou vázán není a buďme za to rádi.
