Επισιτιστική κρίση: Η λύση είναι στο...διάστημα - Το κινεζικό σχέδιο που κερδίζει έδαφος διεθνώς
Η αποστολή...σπόρων στο διάστημα βοηθά τους επιστήμονες να αναπτύξουν νέες ποικιλίες καλλιεργειών που μπορούν να ευδοκιμήσουν στο μεταβαλλόμενο κλίμα και να βοηθήσουν στη διατροφή του αυξανόμενου πληθυσμού του κόσμου.
Tα τεράστια χωράφια με καλλιέργειες στη βορειοανατολική Κίνα με μία πρώτη ματιά είναι πανομοιότυπα με οποιαδήποτε άλλα στάχυα που ταλαντεύονται στον άνεμο σε όλο τον κόσμο. Δεν είναι όμως συνηθισμένα φυτά: δημιουργήθηκαν στο διάστημα. Πρόκειται για μια ποικιλία γνωστή ως Luyuan 502 και είναι ο δεύτερος πιο ευρέως καλλιεργούμενος τύπος σιταριού στην Κίνα.
Τα φυτά γεννήθηκαν από σπόρους που πέταξαν σε τροχιά 340 χλμ πάνω από την επιφάνεια της Γης. Στο μοναδικό αυτό περιβάλλον χαμηλής βαρύτητας και έξω από την προστατευτική μαγνητική ασπίδα του πλανήτη μας, υπέστησαν ανεπαίσθητες αλλαγές στο DNA που τους έδωσαν νέες ιδιότητες, κάνοντάς τα πιο ανεκτικά στην ξηρασία και ικανά να αντιστέκονται καλύτερα σε ορισμένες ασθένειες.
Αποτελούν παράδειγμα ενός αυξανόμενου αριθμού νέων ποικιλιών τροφίμων που αναπτύσσονται σε διαστημόπλοια και διαστημικούς σταθμούς ενώ βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη μας. Εδώ υπόκεινται στη μικροβαρύτητα και «βομβαρδίζονται» από κοσμικές ακτίνες, οι οποίες κάνουν τα φυτά να μεταλλαχθούν, μια διαδικασία γνωστή ως μεταλλαξογένεση.
Τα ανθεκτικά «φυτά του διαστήματος»
Ενώ ορισμένες από τις μεταλλάξεις δεν επιτρέπουν στα φυτά να αναπτυχθούν, άλλες μπορεί να είναι επωφελείς. Μερικά γίνονται πιο ανθεκτικά και ικανά να αντέχουν σε πιο ακραίες συνθήκες, ενώ άλλα παράγουν περισσότερη τροφή, αναπτύσσονται πιο γρήγορα ή απαιτούν λιγότερο νερό. Όταν επιστρέφουν στη Γη, οι σπόροι από τα «φυτά του διαστήματος» υποβάλλονται σε προσεκτική εξέταση και περαιτέρω αναπαραγωγή για να δημιουργηθούν βιώσιμες εκδοχές δημοφιλών καλλιεργειών.
Σε έναν κόσμο που αντιμετωπίζει αυξανόμενη πίεση στη γεωργία λόγω της κλιματικής αλλαγής και των ευάλωτων αλυσίδων εφοδιασμού, πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι η αναπαραγωγή στο διάστημα, γνωστή και ως διαστημική μεταλλαξογένεση (space mutagenesis) μπορεί να προσαρμόσει μελλοντικά τις καλλιέργειες σε αυτές τις νέες προκλήσεις.
«Η διαδικασία είναι επωφελής», λέει ο Λιού Λουσιάνγκ, διευθυντής του Εθνικού Κέντρου Διαστημικής Μεταλλαξογένεσης για τη Βελτίωση των Καλλιεργειών στην Κινεζική Ακαδημία Γεωργικών Επιστημών στο Πεκίνο. Σύμφωνα με τον ίδιο και την ομάδα του, ο κόσμος πρέπει να αυξήσει την παραγωγή ζωτικής σημασίας δημητριακών κατά 70% εάν θέλει να ταΐσει επιπλέον δύο δισεκατομμύρια ανθρώπους που αναμένεται να ζήσουν στον πλανήτη μέχρι το 2050.
Το Luyuan 502, για παράδειγμα, έχει 11% υψηλότερη απόδοση από την τυπική ποικιλία σιταριού που καλλιεργείται στην Κίνα, καλύτερη ανοχή στην ξηρασία και μεγαλύτερη ανθεκτικότητα στα πιο κοινά παράσιτα, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ατομικής Ενέργειας, ο οποίος συντονίζει τη διεθνή συνεργασία στο χρήση τεχνικών που βασίζονται στην ακτινοβολία για τη δημιουργία νέων τύπων καλλιεργειών.
Kινεζικό Success story;
«Είναι μια πραγματική ιστορία επιτυχίας», λέει ο Λιού. «Έχει πολύ υψηλές δυνατότητες απόδοσης και προσαρμοστικότητα. Μπορεί να καλλιεργηθεί σε πολλές διαφορετικές περιοχές με διαφορετικές συνθήκες» Αυτή η προσαρμοστικότητα είναι που καθιστά το Luyuan 502 τόσο μεγάλη επιτυχία μεταξύ των αγροτών στα εξαιρετικά διαφορετικά αγροτικά τοπία της Κίνας και το ποικίλο κλίμα.
Είναι μόνο μία από τις περισσότερες από τις 200 μεταλλαγμένες στο διάστημα ποικιλίες καλλιεργειών που δημιουργήθηκαν στην Κίνα τα τελευταία 30 χρόνια, σύμφωνα με τον ίδιο. Εκτός από το σιτάρι, Κινέζοι επιστήμονες έχουν δημιουργήσει «διαστημικό» ρύζι, καλαμπόκι, σόγια, σουσάμι, βαμβάκι, καρπούζια, ντομάτες, γλυκές πιπεριές και άλλα είδη λαχανικών.
Η Κίνα πειραματίζεται με τη διαδικασία από το 1987 και είναι η μόνη χώρα στον κόσμο που χρησιμοποιεί με συνέπεια την τεχνική. 'Έκτοτε έχει πραγματοποιήσει δεκάδες αποστολές για να μεταφέρει σπόρους σε τροχιά. Κινέζοι επιστήμονες κυκλοφόρησαν την πρώτη καλλιέργεια στο διάστημα, ένα είδος γλυκιάς πιπεριάς που ονομάζεται Yujiao 1, το 1990. Σε σύγκριση με τις συμβατικές ποικιλίες γλυκιάς πιπεριάς που καλλιεργούνται στην Κίνα, το Yujiao 1 παράγει πολύ μεγαλύτερους καρπούς και είναι πιο ανθεκτικό στις ασθένειες.
Η Κίνα ως διαστημική δύναμη
Η ανάδειξη της Κίνας ως παγκόσμιας διαστημικής δύναμης τις τελευταίες δεκαετίες της έδωσε τη δυνατότητα να στείλει χιλιάδες σπόρους σε τροχιά. Το 2006, έστειλε στο διάστημα τη μεγαλύτερη παρτίδα της μέχρι τότε, περισσότερα από 250 κιλά σπόρων και μικροοργανισμών 152 ειδών με τον δορυφόρο Shijian 8.
Τον Μάιο του τρέχοντος έτους, 12.000 σπόροι, συμπεριλαμβανομένων πολλών ειδών χόρτου, βρώμης, αλφάλφα, επέστρεψαν από μια εξάμηνη επίσκεψη στον διαστημικό σταθμό Tianhe της Κίνας ως μέρος της επανδρωμένης αποστολής Shenzhou 13.
Οι Κινέζοι έστειλαν ακόμη και μια παρτίδα σπόρων ρυζιού για ένα σεληνιακό ταξίδι μετ' επιστροφής με την αποστολή Chang'e-5 που προσεληνώθηκε τον Νοέμβριο του 2020. Σύμφωνα με αναφορές κινεζικών ειδήσεων, αυτοί οι σεληνιακοί σπόροι ρυζιού παρήγαγαν με επιτυχία σπόρους στο εργαστήριο μετά την επιστροφή τους στη Γη.
«Έχουμε όφελος από το ισχυρό διαστημικό πρόγραμμα της Κίνας», λέει ο Λιού. «Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε ξανά δορυφόρους, πλατφόρμες μεγάλου υψομέτρου αλλά και επανδρωμένα διαστημόπλοια για να στέλνουμε τους σπόρους μας στο διάστημα έως και δύο φορές το χρόνο και να χρησιμοποιούμε αυτές τις διαστημικές υπηρεσίες για τη βελτίωση των καλλιεργειών».
Οι σπόροι αποστέλλονται σε ταξίδια που διαρκούν από μόλις τέσσερις ημέρες έως αρκετούς μήνες. Σε αυτό το ασυνήθιστο περιβάλλον, μπορεί να συμβούν διάφορες αλλαγές στους σπόρους και τα φυτά. Πρώτον, η ηλιακή και η κοσμική ακτινοβολία υψηλής ενέργειας μπορεί να βλάψει το γενετικό υλικό στους ίδιους τους σπόρους, οδηγώντας σε μεταλλάξεις ή χρωμοσωμικές εκτροπές που μεταβιβάζονται στις μελλοντικές γενιές. Το περιβάλλον χαμηλής βαρύτητας θα μπορούσε να οδηγήσει σε πολλές αλλαγές, όπως στο σχήμα των κυττάρων και στην οργάνωση των δομών μέσα στα κύτταρα.
Στις περισσότερες περιπτώσεις, Κινέζοι επιστήμονες στέλνουν τους σπόρους στο διάστημα και στη συνέχεια τους αναπτύσσουν πίσω στη Γη. Έπειτα, τα σπορόφυτα ελέγχονται για χρήσιμα χαρακτηριστικά που παρέχουν πλεονέκτημα έναντι των πιο παραδοσιακών ποικιλιών. Οι επιστήμονες αναζητούν αλλαγές που οδηγούν σε μεγαλύτερα φρούτα, χαμηλότερες απαιτήσεις σε πότισμα, καλύτερα προφίλ θρεπτικών συστατικών, αντοχή σε υψηλές και χαμηλές θερμοκρασίες ή ανθεκτικότητα σε ασθένειες.
Αμερικανοί και Σοβιετικοί οι πρώτοι διδάξαντες
Η Κίνα, ωστόσο, αν και πρωτοστατεί στην εν λόγω τεχνική σήμερα, δεν ήταν η πρώτη χώρα που πειραματίστηκε με τη διαστημική αναπαραγωγή. Η τεχνική χρονολογείται από κάποια πρώιμα πειράματα που διεξήγαγαν Αμερικανοί και Σοβιετικοί επιστήμονες χρησιμοποιώντας...κύτταρα καρότου που εκτοξεύτηκαν σε τροχιά στον σοβιετικό δορυφόρο Kosmos 782. Η προσέγγιση βασίζεται στις ίδιες αρχές με την πυρηνική μεταλλαξιογένεση, η οποία υπάρχει από τα τέλη της δεκαετίας του 1920. Η διαδικασία επιταχύνει τις φυσικές διαδικασίες μετάλλαξης στο DNA των ζωντανών οργανισμών, εκθέτοντας τους σε ακτινοβολία.
Όμως, ενώ η πυρηνική μεταλλαξογένεση χρησιμοποιεί ακτίνες γάμα, ακτίνες Χ και δέσμες ιόντων από επίγειες πηγές, εκείνη του διαστήματος βασίζεται στον βομβαρδισμό από τις κοσμικές ακτίνες που πιέζουν το διάστημα γύρω από τον πλανήτη μας. Στη Γη, προστατευόμαστε από αυτές τις ακτίνες από το μαγνητικό πεδίο και την παχιά ατμόσφαιρα, αλλά τα διαστημόπλοια και οι δορυφόροι σε τροχιά εκτίθενται συνεχώς σε αυτή την ακτινοβολία, η οποία προέρχεται κυρίως από τον Ήλιο.
Τόσο η διαστημική όσο και η πυρηνική μεταλλαξογένεση μπορούν να βοηθήσουν στη μείωση των χρόνων ανάπτυξης νέων ποικιλιών καλλιεργειών έως και κατά το ήμισυ, σύμφωνα με τον Σόμπα Σιβασανκάρ, ο οποίος ηγείται της κοινής ομάδας Φυτών Αναπαραγωγής και Γενετικής του Διεθνούς Οργανισμού Ατομικής Ενέργειας (IAEA) και του Οργανισμού Τροφίμων και Γεωργίας των Ηνωμένων Εθνών (FAO).
Τα πυρηνικά εργαστήρια της ΙΑΕΑ στο Σάιμπερσντορφ της Αυστρίας, είναι ο παγκόσμιος κόμβος και το εκπαιδευτικό κέντρο για την πυρηνική μεταλλαξιογένεση. Οι συνεργαζόμενες χώρες που δεν διαθέτουν δικές τους πυρηνικές εγκαταστάσεις στέλνουν σπόρους, μοσχεύματα φυτών ή σπορόφυτά για ακτινοβόληση.
«Χρειάζονται μόνο μερικά λεπτά για να ακτινοβοληθούν οι σπόροι, αλλά απαιτεί επαρκή γνώση και εξειδίκευση», λέει ο Σιβασανκάρ. «Κάθε ποικιλία έχει διαφορετική ανοχή. Δώστε στους σπόρους μια δόση που είναι πολύ υψηλή, κρατήστε τους μέσα στον ακτινοβολητή για πολύ καιρό και θα τους καταστρέψετε. Δεν θα φυτρώσουν. Εάν δεν τους δώσετε αρκετή ακτινοβολία, θα δημιουργούν αρκετές μεταλλάξεις και καταλήγουν σε μια γενιά που θα έμοιαζε ακριβώς με τους προκατόχους».
Το Κοινό Τμήμα Πυρηνικών Εφαρμογών στα Τρόφιμα και τη Γεωργία FAO/IAEA, μέρος του οποίου είναι η ομάδα Φυτικής Αναπαραγωγής και Γενετικής, ιδρύθηκε το 1964. Στα τέλη της δεκαετίας του 1920, πειράματα χρησιμοποιώντας ακτίνες Χ για την πρόκληση μεταλλάξεων σε σιτάρι, ρύζι , βρώμη και κριθάρι, κέντρισε το ενδιαφέρον των βοτανολόγων σε όλο τον κόσμο. Μέχρι τη δεκαετία του 1950 τα περισσότερα ανεπτυγμένα έθνη είχαν τα προγράμματα πυρηνικής αναπαραγωγής τους.
Εκείνη την εποχή, γινόταν μεγάλη προσπάθεια στην Ευρώπη και τη Βόρεια Αμερική, Πολλές νέες ποικιλίες που δημιουργήθηκαν με τη βοήθεια της πυρηνικής μεταλλαξογένεσης κυκλοφόρησαν. Αλλά τις τελευταίες δύο έως τρεις δεκαετίες, πολλές από αυτές τις χώρες εγκατέλειψαν την τεχνική. Ειδικά οι ΗΠΑ έχουν στραφεί σε διαγονιδιακές τεχνολογίες που επιτρέπουν την εισαγωγή ξένου DNA στο γονιδίωμα φυτών στο εργαστήριο.
Η Κίνα θεωρεί αναγκαία την προσπάθεια βελτίωσης των γεωργικών της καλλιεργειών. Ο αυξανόμενος πληθυσμός στην περιοχή της Ασίας-Ειρηνικού ενέχει τον κίνδυνο να υποφέρουμε από έλλειψη τροφίμων, λένε οι ειδήμονες. Μέσω της πυρηνικής και διαστημικής μεταλλαξογένεσης, η Κίνα μόνο ανέπτυξε και εισήγαγε πάνω από 800 νέες ποικιλίες, βελτιώνοντας όλα τα βασικά χαρακτηριστικά σε σύγκριση με τις αρχικές καλλιέργειες, σύμφωνα με τον ΔΟΑΕ.
Αλλά ένα ερώτημα παραμένει: ποιο είναι το πλεονέκτημα της αποστολής σπόρων στο διάστημα όταν το ίδιο μπορεί να γίνει σε εργαστήρια στο έδαφος; Οι Κινέζοι παραδέχονται ότι η αποστολή σπόρων στο διάστημα κοστίζει περισσότερο. Ωστόσο, τα διαστημικά ταξίδια φαίνεται να παρέχουν σαφή οφέλη και συχνά παράγουν πιο ενδιαφέροντα αποτελέσματα. Πλέον φαίνεται ότι υπάρχει ανανεωμένο ενδιαφέρον για την τεχνική, από άλλα μέρη του κόσμου.
Τον Νοέμβριο του 2020, η αμερικανική εταιρεία εμπορικών διαστημικών υπηρεσιών NanoRacks ανακοίνωσε σχέδια για λειτουργία θερμοκηπίων σε τροχιά. Ο στόχος τους; Να αναπτυχθούν νέες ποικιλίες καλλιεργειών που θα ήταν πιο κατάλληλες για να θρέψουν τον πλανήτη που αντιμετωπίζει την επιδείνωση της κλιματικής αλλαγής. Για την προσπάθεια, η εταιρεία, γνωστή για την αποστολή μικρών δορυφόρων από τον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, συνεργάστηκε με τα Ηνωμένα Αραβικά Εμιράτα, μια χώρα με ελάχιστη δική της καλλιεργήσιμη γη, η οποία εισάγει μεγάλο μέρος των τροφίμων που χρειάζεται.
Δεν επιστρέφουν βέβαια όλοι οι σπόροι από το διάστημα ως σούπερ φυτά. Μια παρτίδα σπόρων μαρουλιού που εστάλησαν στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό (ISS) από Ευρωπαίους επιστήμονες το 2020 αυξήθηκε πιο αργά μετά την επιστροφή τους στη Γη σε σύγκριση με φυτά που είχαν μείνει στο έδαφος.
Μεγάλο μέρος της έρευνας που διεξάγεται τώρα για την καλλιέργεια τροφής στοχεύει στο να βοηθήσει τους αστροναύτες να τραφούν ενώ βρίσκονται σε αποστολές. Οι αστροναύτες στον ISS, για παράδειγμα, καλλιεργούν μαρούλι από το 2015 και το τρώνε, και μια μελέτη που δημοσιεύθηκε το 2020 διαπίστωσε ότι ήταν ασφαλές για κατανάλωση και θα μπορούσε να προσφέρει πολύτιμη πηγή θρεπτικών συστατικών σε μεγάλες αποστολές.
Η καλλιέργεια τροφής για αστροναύτες θα μπορούσε να αποδειχθεί ανεκτίμητη καθώς οι διαστημικές υπηρεσίες σε όλο τον κόσμο στρέφουν το βλέμμα τους στην επιστροφή των ανθρώπων στη Σελήνη και στην επίσκεψη σε άλλους πλανήτες όπως ο Άρης, η διαστημική τροφή όμως θα είναι ίσως ακόμη πιο πολύτιμη για όσους παραμένουμε εδώ στη Γη .
Δείτε κι αυτά από το Weekend Edition
Το μπικίνι έγινε 76 ετών: Το μαγιό-σύμβολο που έφερε επανάσταση στο σινεμά, τη ζωή και τη μόδα
Homo Ludens: Οι μαθητές λυκείου απο τη Νέα Σμύρνη που σαρώνουν τα πανελλήνια βραβεία
Mπόρις Τζόνσον: Τα σκάνδαλα, οι έρωτες και ο πολιτικός «επικήδειος» του Βρετανού πρωθυπουργού