A klímaváltozás és a GMO-ellenesség is fenyegeti az emberiség élelemellátását az MTA kutatói szerint

Miközben a Fridays for Future (FFF) magyar tagozata szervezésében több ezer diák és szimpatizáns tüntetett május 24-én országszerte és Budapesten, hogy a figyelmet a klímaváltozás veszélyeire és az azonnali cselekvés szükségességére fordítsa, a felvonulóktól két saroknyira a magyar növénykutatók krémje is épp ezzel a témával foglalkozott. 

Növények, klímaváltozás, agrárium című rendezvényükön az MTA agrártudományok osztályának kutatói azokat a tudományos eszközöket vették sorra, amelyekkel például 

  • gyorsan és hatékonyan növelhető a gabonák és takarmánynövények terméshozama, 
  • jelentősen javítható a világ lakosságának élelmezésében kulcsszerepet játszó növények környezeti hatásokkal szembeni ellenálló képessége 
  • és a fás szárú növények szén-dioxid-megkötő képessége. 
Klímatüntetés Budapesten 2019. május 24-énFotó: Balázs Zsuzsanna

Mindegy, hogy a jelenlegi éghajlati viszonyokat klímaváltozásként vagy periodikusan ismétlődő, elkerülhetetlen rendszerként értelmezzük-e, mert a következményeit így is, úgy is viselnünk kell – mondta Németh Tamás akadémikus, az MTA Agrártudományok Osztályának elnöke. Ezeket a következményeket ráadásul az emberek egyre növekvő tömegének kell elviselnie. Miközben Afrika népessége évente 100 millióval nő, a problémát tovább tetézi, hogy 2025-re várhatóan 60 olyan gigapolisz lesz a bolygón, amelynek a lakossága meghaladja majd a 10 milliót. A termőterületek arányának a csökkenésére, az ivóvíz-gazdálkodás válságára és a klímaváltozás hatásainak az ellensúlyozására egyaránt a biotechnológia, a növénynemesítés és a vízgazdálkodás forradalmasítása jelentheti a megoldást. 

Mit adhatnak nekünk a növények? Mindent

Az emberiség élelmezési problémái Fehér Attila növényi molekuláris biológus szerint is a népességnövekedésben keresendők: miközben a Föld emberi populációja 1800-ra duzzadt 1 milliárdra, a második milliárd eléréséhez már csak 127, a harmadikhoz 33, a negyedikhez pedig mindössze 14 évre volt szükség. Ötven évvel ezelőtt egy hektárnyi termőföldnek mindössze két embert kellett eltartania. 2060-ra ugyanennyi termőföldről több mint ötnek kell majd jól laknia. Fehér szerint a növények nemzetközi napját (május 18-át) mi sem teszi aktuálisabbá, mint a tény, hogy az emberiség mennyire félvállról veszi azokat az élőlényeket, amelyek pedig gyakorlatilag minden globális problémára gyógyírt jelenthetnének. Cseuz László, a Szegedi Gabonakutató Intézet búzanemesítési osztályának vezetője szerint a következőkre:

  • A növények oxigéntermelése ellensúlyozza az ózonlyuk és a légszennyezés negatív hatásait. 
  • Ha növelnénk a hozamukat, csökkenne az éhínség és az ebből fakadó migráció mértéke. 
  • Szén-dioxid-megkötő képességük a klímaváltozás elleni harcban létfontosságú: egyetlen fa 27 kilogramm üvegházhatású szén-dioxidot köt meg évente. 
  • A növények ellensúlyozhatnák a környezetszennyezést azzal, hogy a műanyagok helyett környezetkímélőbb alternatívákat kínálnak. 
  • Fontosak az energiagazdálkodásban is, bér az emberek egyetlen év alatt égetik el a földi növényzetből egymillió év alatt keletkező fosszilis energiahordozókat. 
  • Végül, miután a gyógyszerhatóanyagok többségét is ezekből vonják ki, a növényeknek elengedhetetlen szerepük van a (civilizációs) betegségek kezelésében. 

Ám a növények szaporodási képessége egyetlen Celsius-foknyi átlaghőmérséklet-növekedés mellett is drámai mértékben csökken, rövidül a vegetációs ciklusuk, módosul a fotoszintetizáló képességük. Ugyanennyi átlaghőmérséklet-növekedés mellett 10-25 százalékkal nő a növényeket érő rovarkárok mértéke. Ehhez képest az elmúlt 1400 évben az utóbbi 30 volt a legmelegebb, és az elmúlt három évtizedben is a négy legutóbbi évben kellett a legmagasabb átlaghőmérsékletet elszenvedni, növényeknek, embereknek egyaránt.

A klímaváltozás számos mellékhatása közül egyébként, legalábbis a növények szempontjából nem mind negatív – hoz meglepő fordulattal új színt a diskurzusba Cseuz. A globális felmelegedés hatására például a sarkkörök felé haladva nő a termelési területek aránya, új fajokat lehet bevonni a növénytermesztésbe. Miután a szén-dioxid a fotoszintetizáló növények számára tulajdonképpen táplálék, a széndioxid-koncentráció légköri növekedését is ki lehetne elvben használni. Csakhogy a klímaváltozás negatív hatásai bőven felülírják a pozitívakat, teszi hozzá gyorsan a búzanemesítő, még mielőtt a hallgatóság soraiban bárki túlságosan megnyugodna.

  • A növények intenzív hőstressznek és vízhiánynak vannak kitéve.
  • Még ha a csapadék éves mennyisége „kilóra” meg is lenne, rapszodikussá vált a csapadékhozam, mert nem mindegy, hogy az eső mikor és milyen intenzitással éri a növényzetet.
  • Bel- és árvízkárok sújtják a termést.
  • Vihar- és szélkárok tizedelik a hozamot.
  • Jelentős talajerózióval kell számolni, ami ugyancsak a hozam csökkenésével jár együtt.
  • Új kártevőkkel színesedik a termést csökkentő tényezők palettája.

Mi segítene a csökkenő hozamon?

Ami az emberiség élelmiszer-ellátását illeti, a kulcs Cseuz szerint a legfontosabb gabonafajták, a kukorica, a rizs és a búza hozamának a növelése lenne. A búza a világ legnagyobb területen termesztett és a második legnagyobb hozamú gabonanövénye. Sikerének titka kivételes alkalmazkodóképessége. A klímaváltozás hatásaival viszont még így sem tud a kenyéralapanyag megbirkózni.

Magyarországon 1 millió hektáron termesztenek búzát, a kalászosok 98 százaléka őszi betakarítású. Az Országos Meteorológiai Szolgálat (OMSZ), az Európai Bizottság hivatalos monitoring rendszere, a MARS, valamint az Egyesült Államok mezőgazdasági minisztériuma által működtetett WASDE adatbázisa alapján épp a napokban adott ki egy friss jelentést, miszerint az unió tagállamai közül Magyarországon esik vissza idén leginkább a búzatermésátlag

A számok tonna/hektárban értendők.

Az elmúlt öt év átlagához képest 6,1 százalékkal, a tavalyi hozamhoz képest 5,1 százalékkal csökken a magyar búza mennyisége. Kukoricából és repcéből a korábbi éveknél ugyancsak szerényebb termés várható, a rendelkezésre álló adatok szerint az árpa egyelőre megúszta. A problémára a búzanemesítő Cseuz szerint kétféle megoldás is van. Az egyik, hogy alternatív növényfajokat, mint például a búza és a rozs keresztezéséből létrehozott tritikálét, rozst vagy cirokféléket termesztenek. A másik pedig, hogy a környezeti anomáliákat jobban tűrő fajtákat hoznak létre. 

A klasszikus nemesítési eljárásokkal az a baj, hogy rendkívül időigényesek és aprólékos munkát igényelnek. Először is keresztezéssel számtalan variációt kell egy fajból nemesíteni, majd meg kell figyelni, hogy melyik keresztezés járt a legtöbb pozitív eredménnyel. A Szegedi Gabonakutató Intézet búzanemesítési osztályát vezető Cseuzék kenyérbúza-, tritikálé-, durumbúza-, rozs- és árpavariációkból 7500 tételes génbankot építettek. Amikor a leltárból sikerül az időjárási körülményekhez leginkább alkalmazkodó fajtákat kiválasztani, akkor indulhat a termesztés. Mondjuk egy kurrens génbank leginkább csak addig jelent megoldást, amíg az időjárási körülmények már nem, vagy nem nagyon változnak tovább.

Ki sem tudták itthon próbálni a magyar lucernásított búzát

A növénynemesítés rendkívül lassú – hűtötte le a hallgatóság kedélyeit Dudits Dénes akadémikus –, de a jó hír, hogy vannak gyors és rendkívül hatékony módszerek is. A klasszikus növénynemesítés lassúsága és alacsony produktivitása abból fakad a növénygenetikus szerint, hogy a változásokat a keresztezéssel létrehozott növényfajták fenotípusa, vagyis látható, mérhető, érzékelhető tulajdonságai révén akarják elérni. Csak sajnos így vajmi kevés derül ki a látható tulajdonságok mögött húzódó genetikai okokról. A keresztezés néhány évtizeddel ezelőttig nemcsak elfogadható, hanem gyakorlatilag az egyetlen lehetséges megoldás is volt. Ma viszont már teljesen más a helyzet.

Száz meg száz, kevéssé vagy egyáltalán nem hasznosítható rekombináns gén kikísérletezgetése helyett a növények genomjában célzottan lehet kutakodni és fejleszteni. Dudits professzor mindezt például egy olyan, a búza szárazságtűrő képességét fokozni hivatott kísérlettel szemléltette, amelyben egy lucerna génje biztosította a kedvező változást a módosított búza számára. A transzgénikus hibrid kalászok olyan jól tűrik a vízhiányt, hogy 20 százalékos talajnedvesség mellett is közel annyit nőnek, mint a hagyományos búza 60 százalékos talajnedvesség esetén.

Dudits szerint az emberiség élelmezési problémáit túlságosan leegyszerűsítő kizárólag a klímaváltozás számlájára írni. Az éhínség társadalmi okokra is visszavezethető. Miközben ugyanis a Földön több mint 840 millió ember éhezik, a szerencsésebb vidékeken az emberek megállás nélkül pazarolnak. Az emberiség élelmezési problémáinak társadalmi szintű akadálya a GMO-ellenesség is – mondta Dudits. A lucernásított búzát például Magyarországon szabadföldi körülmények között ki sem tudták próbálni, így a hazai szárazságtűrő fajtát egy francia cég teszteli Amerikában. Ha küldetésüket siker koronázza, nyilván a hasznot sem Magyarországon fölözik majd le.

Nemcsak egerek és emberek szerkeszthetők

A transzgénikus növénynemesítés amellett, hogy heves indulatokat vált ki, még csak nem is a leginkább high-tech módszer. Miközben ennél az eljárásnál előre gondosan kiválasztott géneket ültetnek ugyan a feljavítandó növénybe, azt nem tudják előre meghatározni, hogy a befogadó génállományának mely része üdvözli majd régi ismerősként a vendéggént. Az akadály azonban korántsem áthidalhatatlan: a 21. század vitán felül a genomszerkesztés évszázada.

Kívül búza, belül teve, mi az?Fotó: Pixabay

Létezik egy nyelvtörőnek sem rossz technológia, a génállományt a szövegszerkesztők kivágás-beillesztés funkciójához hasonlóan szerkeszteni képes CRISPR-Cas9. Ezzel különféle kísérletekben például olyanokat is elértek már, hogy két nőstény genetikai állományából hím egyed közbeiktatása nélkül szülessenek kisegerek tucatjai, bivalyerősen csípjen a paradicsom, de ezt a módszert (is) alkalmazta hírhedtté vált ikerkísérletében Csienkuj-He kínai genetikus is, akiről idén januárban felröppent – az utóbb általa kacsának titulált – hír, hogy a halálsoron várja a kínai kormány háláját.

Szerkesztett, de nem GMO

Amiért a kínai genetikust keresztre feszítenék, arra az Egyesült Államokban az évről évre a világ legjobb egyetemei közé sorolt Harvard és MIT kutatói cégeket alapítottak. Nem véletlenül: a baktériumoktól kölcsönzött CRISPR-Cas9 genomszerkesztési technológia nemcsak a Föld lakosságának élelmezési gondjait segíthetne megoldani, vagy ma még gyógyíthatatlan kórokra jelenthetne gyógyírt, hanem például a fosszilisenergia-felhasználást is környezetbarátabbá tehetné.

A módszer némiképp leegyszerűsítve úgy működik, hogy a növényben, amelynek valamilyen tulajdonságát (szárazság- vagy fagytűrését, növekedési ciklusát, napfényigényét stb.) meg akarják változtatni, kiválasztják azt a gént, ami az adott tulajdonságért felelős. Kivágják az eredetit, és a helyére illesztik az előnyösebb tulajdonságokat hordozó változatot. 

A tulajdonságokat kódoló gének nukleinsavakból állnak, amelyeket nukleotidok alkotnak – magyarázta az akadémia rendezvényén az alapokat Dudits professzor. Nukleotidból a DNS-ben mindössze négyféle van, a fajok sokszínűségének a kulcsa az a miriádnyi kombináció, amint a négy, számtalanszor ismétlődő bázispár egy több milliárd nukleotid alkotta DNS-láncban sorba rendeződik. A kukorica DNS-ét például kétmilliárd nukleotid alkotja, és előfordulhat, hogy az előnyösebb tulajdonság kialakításához ebből a kétmilliárd nukleotidból csak egyet-kettőt kell kicserélni egy másikra.

A cserével elérhető, hogy az ekképp megpiszkált gén által termelt fehérje szerkezete és funkciója megváltozzon. Például úgy, hogy a növényt képessé tegye a fejlődésre kevesebb víz vagy magasabb hőmérséklet mellett is. A növénygenetikus professzor szerint a génszerkesztésben, vagyis a precíziós növénynemesítésben az a legnagyobb fegyvertény, hogy nemcsak transzgénikus eljárásokban, vagyis olyankor alkalmazható, amikor az előnyösebb tulajdonságokat hordozó génszakaszokat egy másik fajtól kölcsönzik. 

A kívánatos génszakaszokat, úgynevezett oligopeptideket ugyanis szintetikus úton is elő lehet állítani, tehát az ezzel az eljárással feljavított, mutagenezisen átesett növények nem tekinthetők GMO-nak – mondta Dudits. Azt pedig végképp képtelenség megállapítani, hogy a szóban forgó pontmutációk természetes úton, környezeti behatásra (például sugárzás miatt) jöttek-e létre, vagy emberi segítséggel. A Szegedi Biológiai Központban például így, szintetikusan előállított nukleotidszakaszok segítségével fejlesztenek gluténmentes, vagyis a gluténérzékenyek számára is fogyasztható árpa- és búzafajtákat. 

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: