Осамдесетих година 20. века, Ховард-Иана Схапиро, сада главни пољопривредни директор компаније Марс, Инцорпоратед, тражио је нове врсте кукуруза. Био је у округу Микес у Оакаци у јужном Мексику, области у којој су прекурсори за кукуруз (ака кукуруз) први пут еволуирали, када је пронашао један од најчуднијих кукуруза икада виђених. Не само да је био висок 16 до 20 стопа, патуљасти на површини од 12 стопа на америчким пољима, требало је шест до осам месеци да сазри, далеко дуже од три месеца која су била потребна за конвенционални кукуруз. Ипак је порасло до тих импресивних висина у ономе што се добро може назвати сиромашним земљиштем, без употребе ђубрива .. Али најчуднији део кукуруза били су његови ваздушни корени - зелене и ружичасте избочине, прстију који вире из стабљика кукуруза, капље бистрим, сирупастим гелом.

Шапиро је сумњао да би ти слузави прсти могли бити Свети грал пољопривреде. Веровао је да корење омогућава овој јединственој сорти кукуруза, названој Сиерра Мике, која се локално узгаја током стотина или чак хиљада година, да производи сопствени азот, есенцијални хранљиви састојак за усеве који се обично примењује као ђубриво у епским количинама.

је највећи сховман истинита прича

Идеја је изгледала обећавајуће, али без ДНК алата који би проучавали детаље како кукуруз производи азот, откриће је стављено на полицу. Скоро две деценије касније, 2005. године, Алан Б. Беннетт са Калифорнијског универзитета у Давису - заједно са Схапиром и другим истраживачима - почео је да користи најсавременију технологију како би проучио својства фиксирања азота у кукурузу, утврдивши да заиста, бактерије које живе у слузи извлачиле су азот из ваздуха, претварајући га у облик који кукуруз може да апсорбује.





Након више од деценије теренског истраживања и генетске анализе, тим је објавио свој рад у часопису ПЛОС Биологија . Ако би се особина везивања азота могла узгајати у конвенционални кукуруз, омогућавајући јој да производи чак и део сопственог азота, то би могло смањити трошкове узгоја, смањити емисију стакленичких гасова и зауставити једну од главних загађивача у језерима, рекама и океан. Другим речима, то би могло довести до друге азотне револуције.

Синтетичка производња азота може бити највеће достигнуће 20. века. Откриће Хабер-Босцховог процеса и његових пречишћавања, у којима се азот избацује из ваздуха под великом врућином и притиском у присуству катализатора, довело је до три одвојене Нобелове награде. И заслужени су. Процењује се да приноси усева више су него удвостручени између 1908. и 2008. године , са синтетичким азотним ђубривом одговорним за до половину тог раста. Неки истраживачи су масовни раст људске популације у последњих седамдесет година повезали са повећаном употребом азотних ђубрива. Без тога бисмо морали обрађивати скоро четири пута више земље или имати милијарде људи мање на свету.



Али стварање целог тог азота има последице. Процењује се да за израду ђубрива помоћу Хабер-Босцх процеса користи између 1 и 2 процента светске енергије, а емитује пуно гасова са ефектом стаклене баште. А синтетички азот рутински испире поља са водених путева, што доводи до масивног цветања алги које усисавају сав кисеоник, убијајући рибе и друге организме. Толико азота улази у реке и потоке да су се на устима светских река развиле велике мртве зоне, укључујући ону у Мексичком заливу прошле годинебио величине Њу Џерсија. Марк Суттон из британског Центра за екологију и хидрологију назива азот Кумом загађења - његови ефекти су свуда, али никада заправо не видите кривца.

Истраживачи су чак пресадили кукуруз у Мадисон у држави Висцонсин, откривши да је још увек у стању да створи сопствени азот из свог родног окружења.

Истраживачи су чак пресадили кукуруз у Мадисон у држави Висцонсин, откривши да је још увек у стању да створи сопствени азот из свог родног окружења.(Фото: Јеан-Мицхел Ане)

Али не можемо само напустити азот, а да не видимо велика смањења у пољопривреди. Иако боље управљање и пољопривредне праксе могу помоћи да се то не плови, те стратегије нису довољне за решавање еколошких проблема азота. Због тога су се истраживачи деценијама питали да ли постоји начин да се житарицама попут кукуруза и пшенице помогне да производе сопствени азот.



Идеја није толико далекосежна колико звучи. Много биљака, нарочито махунарке попут соје, кикирикија и детелине, имају симбиотски однос са бактеријама Рхизобиум, које производе азот за њих. Биљке узгајају чворове на корену где се бактерије настањују и пијуцкају биљне шећере, док азот у ваздуху претварају у облик који биљке могу да користе. Ако би се могао наћи сличан симбиотски однос који делује у усевима житарица попут кукуруза и пшенице, истраживачи верују да бисмо могли да смањимо употребу загађивача.

Због тога је кукуруз слузи толико важан и зашто су Беннетт и његов тим провели осам година проучавајући и поново проучавајући бактерије и гел како би се уверили да је кукуруз заиста могао да производи сопствени азот. Користећи ДНК секвенцирање, успели су да покажу микробе у слузи које носе гени за фиксирање азота и демонстрирали су гел који кукуруз излучује, а то је висок шећер и мало кисеоника, савршено дизајниран да подстакне фиксирање азота. Коришћењем пет различитих тестова показали су да се азот који су микроби произвели затим пробија у кукуруз, обезбеђујући 30 до 80 процената биљних потреба. Затим су произвели синтетичку верзију слузи и посејали је микробима, утврдивши да су и у том окружењу производили азот. Чак су узгајали Сиерра Мике у Давису у Калифорнији и Мадисону у Висконсину, показујући да би могла да изведе свој посебан трик ван своје домаће траве у Мексику.

Овај механизам се потпуно разликује од онога што махунарке користе, каже Беннетт, додајући да можда постоји и у другим усевима. Свакако је замисливо да сличне врсте система постоје у многим житарицама. На пример, сирак има ваздушне корене и слуз. Можда други имају суптилније механизме који се јављају под земљом и који би могли постојати шире. Сад кад смо свесни, можемо их потражити.

Коаутор Јеан Мицхел-Ане са Универзитета Висцонсин, Мадисон, слаже се да ово откриће отвара све врсте нових могућности. Инжењерски кукуруз за фиксирање азота и стварање чворова у корену попут махунарки био је сан и борба научника деценијама. Испоставило се да је овај кукуруз развио потпуно другачији начин за решавање овог проблема фиксирања азота. Научна заједница је вероватно потценила фиксирање азота у другим усевима због своје опседнутости чворовима корена, каже он Изјава . Овај кукуруз нам је показао да природа може наћи решења за неке проблеме далеко веће од онога што су научници икада могли замислити.

где могу да упознам старије жене

Испоставило се да природа у свом рукаву има још више трикова за производњу азота с којима се истраживачи тек сналазе. Постоји неколико других текућих пројеката чији је циљ добијање житарица и повртарских култура које ће за нас урадити Хабер-Босцхинг. Једна од најперспективнијих је употреба ендофита или микроорганизама попут бактерија и гљивица који живе у међућелијским просторима биљака. Истраживачица Универзитета у Вашингтону Схарон Доти заинтересовала се за организме пре неколико деценија. Проучавала је врбе и тополе, која су међу првим дрвећима која су порасла на поремећеном земљишту након догађаја попут ерупције вулкана, поплава или падина камена. Ово дрвеће је расло из речног шљунка, једва имајући приступ азоту у тлу. Међутим, унутар њихових стабљика Доти је пронашао ендофите који су фиксирали азот за дрвеће, а нису потребни нодули у корену. Од тада је избацила на десетине различитих сојева ендофита, од којих многи помажу биљкама на изненађујуће начине. Неки производе азот или фосфор, још један важан хранљиви састојак, док други побољшавају раст корена, а неки омогућавају биљкама да преживе у суши или у условима високе соли.

Постоји [читав] низ различитих микроба који могу да фиксирају азот и широк спектар биљних врста на које утичу, каже она. Њени тестови су показали да микроби могу удвостручити продуктивност биљака паприке и парадајза, побољшати раст пиринча и дати дрвећу попут Доугласове јеле толеранцију на сушу. Неки чак дозвољавају дрвећу и биљкама да усисавају и разграђују индустријске загађиваче и сада се користе за чишћење локација Суперфунд-а. Предност употребе ендофита је у томе што је то заиста велика група. Пронашли смо сојеве који делују на пиринач, кукуруз, парадајз, паприку и друге пољопривредно важне усеве.

У ствари, ендофити би могли прећи у руке фармера пре него касније. ИнтринсикБио из Лос Алтоса, у Калифорнији, комерцијализује неке Дотијеве ендофите. Главни научни директор Јохн Л. Фрееман каже да је у интервјуу компанија на путу да производ буде спреман за тржиште 2019. године. Циљ је да се у биљке испоручи неколико сојева ендофита, највероватније облагањем семена. Након што се те бактерије настане у биљци, требало би да испумпају око 25 процената азота који јој је потребан.

шта је изазвало сукоб који је довео до битке код пуебле

Друга биотехнолошка компанија, названа Пивот Био, недавно је најавила да бета тестира слично решење, користећи микробе који фиксирају азот и расту у кореновим системима кукуруза.

Новонастало поље синтетичке биологије такође пуца у проблему са азотом. Јоин Био из Бостона, основан прошлог септембра, заједнички је пројекат Баиер-а и Гинкго Биоворкс, биотехнолошке компаније са искуством у стварању квасца и бактерија по мери за прехрамбену и ароматичну индустрију, међу осталим дизајнерским пројектима микроба. Јоин се тренутно прочешљава кроз Баиерову библиотеку од преко 100 000 микроба како би пронашла домаћина који може успешно колонизовати биљке, слично Дотијевим ендофитима. Тада се надају да ће ту шасију домаћина прилагодити генима који ће јој омогућити да фиксира азот. Уместо да се ослањамо на природу и пронађемо магични микроб, за који мислимо да не постоји, желимо да пронађемо микроба домаћина и фино га подесимо да ради оно што нам треба за кукуруз или пшеницу, каже извршни директор компаније Јоин Мицхаел Миилле.

У игри је и Гејтс фондација, која подржава пројекте који покушавају да житарицама дају способност фиксирања азота махунаркама. Још се други тимови надају да ће појава супернаелектрисаног квантног рачунања отворити нова подручја хемије и идентификовати нове катализаторе који ће Хабер-Босцх-ов процес учинити много ефикаснијим.

Иако је мало вероватно да ће само једно решење моћи да замени 100 процената синтетичког ђубрива које људи користе, можда би ови пројекти заједно могли озбиљно да оштете загађење азотом. Беннетт се нада да ће Сиерра Мике и оно што је његов тим научио из ње бити део азотне револуције, мада признаје да је то веома дуг скок пре него што његови љигави кукурузни прсти почну да производе азот у конвенционалним усевима. Сада жели да идентификује гене који производе ваздушне корене и да утврди који од хиљада микроба откривених у слузи заправо поправљају азот.

Мислим да оно што радимо може бити комплементарно с тим приступима [ендоипхте-у и синтетичкој биологији], каже он. Мислим да ћемо видети много различитих стратегија и за 5 до 10 година ће се појавити нешто што утиче на то како кукуруз добија азот. '

Напомена уредника 15.8.18: Ранији нацрт овог чланка погрешно је написао име Џона Л. Фримана и погрешно идентификовао његову тренутну компанију.





^