Czy naukowcy mogą sprawić, aby owoce i warzywa były odporne na zmiany klimatyczne?

W 2023 roku na targach w Berlinie zadebiutowała nowa odmiana jabłek. Tutti jest chrupiące, soczyste i ma idealny rumieniec - piękna odmiana, której produkcja zajęła dziesięciolecia. Ma ona jednak jeszcze jedną zaletę: została zaprojektowana do uprawy w temperaturach sięgających 40°C (104° Fahrenheita).

Jabłko to jest produktem Hot Climate Partnership, współpracy między naukowcami i grupami przemysłowymi w Hiszpanii i Nowej Zelandii w celu stworzenia upraw, które mogą rozwijać się w coraz gorętszym klimacie. Grupa połączyła siły w 2002 roku w obliczu coraz gorętszych lat w hiszpańskim regionie Katalonii, w wyniku których uprawiane tam jabłka były spalone i papkowate. Po ponad 20 latach krzyżowania pod kątem tolerancji na ciepło, Tutti (którego nazwa badawcza to HOT84A1) została zaprezentowana.

Obecnie Tutti jest uprawiana daleko poza Stanami Zjednoczonymi, Chile i Chinami, dołączając do rosnącej listy owoców i warzyw, które naukowcy próbują uodpornić na klimat w miarę ocieplania się Ziemi. Korzystając z narzędzi, od staromodnych - krzyżowanie, ożywianie rodzimych roślin, techniki sadzenia uwzględniające ciepło - po nowe, takie jak edycja genetyczna, naukowcy starają się utrzymać hodowców roślin i ogrodników amatorów o krok przed zmieniającą się planetą.

To gigantyczne zadanie. Joan Bonany, pomolog z Instytutu Badań i Technologii Rolniczych pod Barceloną, który jest współzałożycielem Partnerstwa na rzecz Gorącego Klimatu, mówi, że to, co 20 lat temu wydawało się gorące, teraz jest na porządku dziennym. Wspomnienia z wygodnych spacerów między rzędami jabłoni i grusz „sięgają coraz dalej w przeszłość”, mówi, a przewidywanie przyszłości „przypomina strzelanie do ruchomego celu”.

Science News zbiera pytania od czytelników na temat tego, jak radzić sobie ze zmieniającym się klimatem naszej planety.

Co chciałbyś wiedzieć o ekstremalnych upałach i o tym, jak mogą one prowadzić do ekstremalnych zjawisk pogodowych?

W pewnym sensie, mówi Bonany, Tutti jest już przestarzały.

„Temperatury powyżej 40 stopni Celsjusza, które coraz częściej pojawiają się w naszej przyszłości, będą powodować prawdziwe problemy” - mówi Mario Andrade, genetyk roślin z Uniwersytetu Maine w Orono i współwykonawca projektu mającego na celu stworzenie ziemniaków odpornych na zmiany klimatu.

Aby osiągnąć ten ruchomy cel, naukowcy zaczynają od tego, co wiedzą o tym, jak rośliny tolerują ciepło.

Badania wykazały, że nawet niewielki wzrost temperatury w sezonie wegetacyjnym może znacznie osłabić plony wielu roślin. Przykładowo, w skali globalnej każdy 1 stopień Celsjusza prowadzi do 10-procentowego i 6,4-procentowego spadku plonów ryżu i pszenicy - produktów, które wraz z kukurydzą stanowią większość kalorii żywnościowych na świecie.

Ale to tylko jedna z wielu rzeczy, które mogą pójść nie tak, gdy temperatury rosną. Inne oznaki stresu cieplnego, które można często zaobserwować u własnych roślin ogrodowych, to więdnięcie, spowolniony wzrost, oznaki poparzenia na liściach i łodygach, mniejsze owoce i warzywa lub rośliny, które kwitną, ale nigdy nie dają plonów - znak, że ich pyłek, który jest wrażliwy na ciepło, został uszkodzony. Niektóre rośliny sygnalizują nawet akustycznie swój niepokój, wydając małe ultradźwiękowe kliknięcia, gdy są bardzo spragnione (SN: 3/30/23).

Jak mówi Owen Atkin, botanik z Narodowego Uniwersytetu Australii w Canberze, który opracowuje odporną na wysokie temperatury pszenicę, wraz ze wzrostem temperatury podstawowe funkcje białek wykonawczych roślin, takie jak regulacja fotosyntezy, transport wody i składników odżywczych oraz ochrona przed chorobami, zaczynają się rozwijać i rozpadać. Rośliny mogą naprawić te uszkodzenia za pomocą szybko działających białek szoku cieplnego. Powyżej temperatury 50°C (122°F) rośliny zaczynają zmieniać skład chemiczny swoich błon komórkowych, aby ich lipidy nie topiły się jak masło pozostawione na blacie kuchennym. Ma to jednak swoją cenę.

„Koszt przetrwania podczas próby naprawy, naprawy, naprawy, ponieważ degradacja jest szybsza, oznacza, że zużywasz znacznie więcej energii na przetrwanie” - mówi Atkin. „Potrzebujemy przełomowych rozwiązań, które ochronią nas przed tego rodzaju uszkodzeniami”.

Większość nowych gatunków roślin jest dziś nadal tworzona tak, jak przez tysiące lat, w procesie znanym jako hodowla selektywna, w której rodzice o pożądanych cechach są krzyżowani, a ich potomstwo jest przerzedzane przez kolejne pokolenia, aż pozostaną tylko najbardziej wytrzymałe. Jest to długotrwały proces i nie ma wielu sposobów na jego skrócenie - „Roślina rośnie tak szybko, jak rośnie roślina” - mówi Andrade - ale istnieją nowe sposoby na usprawnienie tego procesu.