Biljke su među najneustrašivijim istraživačima na Zemlji. Pre otprilike 460 miliona godina, prve biljke su počele da napuštaju jezera i reke i pojavile su se na kopnu. U to vreme, površina Zemlje je bila uglavnom gola stena.
Ovi pioniri su morali da prevaziđu izuzetne izazove dok su prelazili sa svog vodenog načina života. Usjevi koje sada uzgajamo da bismo se hranili bore se da se prilagode novim ekstremima u našoj klimi. Ali postoji način da ih zaštitite: ponovo probudite njihovu drevnu otpornost.
Sve biljke zahtevaju 17 hranljivih materija za život. Najvažniji su azot, fosfat i kalijum. Ograničena ponuda bilo kog od ovih usporava rast biljke.
Dakle, milenijumima su ljudi pripitomljavali useve kako bi maksimizirali proizvodnju i kako bi bili sigurni da biljke imaju dovoljno hranljivih materija koje su im potrebne. Naši preci su sakupljali i širili noćnu zemlju (ljudski izmet) po poljima da bi ih oplođivali i borili se za zemlje prekrivene ptičjim guanom bogatim hranljivim materijama.
U novije vreme, ljudi su stvorili globalnu trgovinu sintetičkim azotnim đubrivima. Uspon ljudske civilizacije je isprepleten sa upotrebom biljnih hranljivih materija u poljoprivredi.
Ove prakse vođene ljudima možda su podstakle proizvodnju hrane, ali su takođe učinile useve lenjim.
Biljke su nekada morale da usvoje genijalna evoluciona rešenja da bi preživele na kopnu. Jedan od načina na koji su evoluirali bio je stvaranje simbiotske (uzajamno korisne) veze sa zemljišnim gljivama, arbuskularna mikoriza, koja je delovala kao primitivno korenje kako bi pomogla ovim ranim biljkama da pristupe hranljivim materijama sa zemlje. U zamenu, gljive su dobile energetske biljke dobijene fotosintezom.
Naše poljoprivredne prakse potisnule su ove simbiotske odnose.
Umesto toga, oslanjamo se na hemijska đubriva za uzgoj naše hrane, koja su odgovorna i za emisije gasova staklene bašte i za zagađenje poljoprivrede, i uglavnom su nepriuštiva za male farmere, koji uzgajaju trećinu globalne ponude hrane.
Međutim, daleko od toga da su drevna istorija, verujem da su ovi simbiotski mikrobni odnosi i dalje relevantni za to kako bismo danas trebali ili mogli da proizvodimo našu hranu.
Biljke su na kraju razvile sopstvene korene pre nekih 350-400 miliona godina, ali su nastavile da se koriste u ovom gljivičnom odnosu kako bi pomogle da apsorbuju hranljive materije iz zemlje i tla.
Zatim, pre oko 100 miliona godina, neke biljke — ono što sada poznajemo kao familija mahunarki, uključujući pasulj, grašak i sočivo — razvile su vezu sa bakterijama u zemljištu. Bakterije, zvane rizobija, inficiraju korenje mahunarki i koriste enzim da razbiju azot iz vazduha u supstancu koja je dostupna biljci.
Divlje biljke i dalje koriste ove prvobitne asocijacije da bi dobile ove ključne hranljive materije. Osobine koje biljke trebaju da uključe simbiotske odnose uglavnom su neaktivne ili nedovoljno korišćene u svetskim sistemima proizvodnje hrane.
Naučnici rade na tome da razumeju kako se biljke angažuju sa ovim mikroorganizmima u tlu, kako bismo ih ponovo aktivirali. Proizvodnja hrane mora da se poveća da bi se prehranilo rastuće svetsko stanovništvo. Ipak, to je neodrživ u svom sadašnjem obliku, sa oko polovine globalne populacije koja se oslanja na đubrivo za proizvodnju hrane.
Sam lanac snabdevanja sintetičkim azotom proizveo je procenjenih 10% poljoprivrednih emisija gasova staklene bašte u 2018. i često je nedostižan za male farmere u Africi, koji rade sa nekim od najiscrpljenijih zemljišta na svetu.
Nedavna istraživanja biljnih gena su nam rekla nešto sa dubokim implikacijama. Naši usevi žitarica imaju isti drevni genetski put kao i mahunarke, što im omogućava da se angažuju sa bakterijama koje fiksiraju azot.
Kada su mahunarke razvile sposobnost povezivanja sa bakterijama koje fiksiraju azot pre 100 miliona godina, koristile su mnoge procese koji su već prisutni u njihovoj biologiji za interakciju sa arbuskularnim mikoriznim gljivama. Žitarice su propustile ovaj evolucioni trik: već su se u evolucionom smislu odvojile od mahunarki.
Dobra vest je da istraživanja sugerišu da je moguće preneti jedinstvena svojstva mahunarki koja fiksiraju azot na druge prehrambene useve.
Tokom poslednjih nekoliko godina, istraživači su dramatično povećali naše razumevanje načina na koji biljke stupaju u kontakt sa korisnim mikroorganizmima. Barem u laboratoriji možemo da podstaknemo useve žitarica na proaktivniju interakciju sa korisnim gljivama, u uslovima koji repliciraju visoko oplođeno polje i da počnu da rekapituliraju procese koje vidimo u mahunarkama neophodne za smeštaj bakterija koje fiksiraju azot. Istraživači ponovo obučavaju biljke da traže korisne mikroorganizme.
Ova otkrića su od vitalnog značaja za razvoj žitarica koje mogu fiksirati azot bez naše pomoći i pristupiti drugim esencijalnim hranljivim materijama kroz interakciju sa gljivama. Sada znamo da sve biljke imaju osnovni mehanizam koji su do sada koristile samo mahunarke da bi omogućile interakciju sa korisnim bakterijama.
Možemo učiniti da se naši usevi proaktivnije i produktivnije angažuju na korisnim gljivama i bakterijama. I ne moramo da počinjemo od nule do inženjerskih žitarica da bismo bili nezavisniji.
Međutim, neće biti lako. Postoji nekoliko komplikovanih procesa uključenih u prenošenje sposobnosti fiksiranja azota u žitarice, što uključuje razvoj funkcije za prepoznavanje korisnih bakterija.
U budućnosti će možda biti moguće uzgajati useve bez velikih količina hemijskog đubriva. Ovo ne samo da bi moglo da promeni bogatstvo malih farmera u zemljama sa niskim prihodima koji nemaju pristup đubrivima, već i da smanji zagađenje poljoprivrede i emisije gasova staklene bašte. To bi smanjilo uticaj šokova kao što su nestašica đubriva i skokovi cena izazvani sukobom u Ukrajini.
Iako podzemni odnosi biljaka sa mikroorganizmima uglavnom ostaju nevidljivi, oni bi mogli da drže ključeve velikih otkrića u budućnosti poljoprivrede.
