يقوم علماء الوراثة بإنشاء نباتات تُخصب نفسها

خطا علماء الأحياء خطوة نحو زراعة المستقبل، حيث لن يحتاج المزارعون إلى جبال من الأسمدة الكيماوية. لقد لاحظ العلماء منذ فترة طويلة أن البقوليات – البازلاء والفاصوليا وفول الصويا – تنمو جيدًا حتى في التربة الفقيرة. السر يكمن في جذورها: فهي تشكل عقيدات صغيرة تستقر فيها بكتيريا خاصة. هذه الميكروبات قادرة على تحويل النيتروجين من الهواء إلى عناصر غذائية تغذي النبات. في الأساس، تنتج البقوليات الأسمدة الخاصة بها دون انتظار المساعدة البشرية. الحبوب مثل الشعير أو القمح لا تفعل ذلك، فهي تفضل إبعاد الجراثيم.

قرر فريق من العلماء بقيادة سيمونا رادوتويو من جامعة آرهوس (الدنمارك) معرفة السبب الذي يجعل بعض النباتات تتعاون بينما لا تستطيع نباتات أخرى ذلك. لإجراء التجارب، أخذوا نباتًا بقوليًا صغيرًا، وهو نبات اللوتس الياباني، وهو مناسب لدراسة العمليات الجذرية. كان التركيز على بروتين مستقبلي، وهو نوع من الحارس الذي يجلس على الجذور ويقيم من يحاول الدخول إلى الداخل: الصديق أم العدو. ونشرت نتائج الدراسة في مجلة علمية طبيعة.

عندما تظهر البكتيريا المفيدة في مكان قريب، فإن خلايا نظام الجذر تسمح لها بالدخول. إذا اقترب الفطر من الجذر، يتلقى البروتين إشارة إنذار على شكل جزيئات الكيتين ويؤدي إلى تفاعل وقائي. يحتاج المصنع إلى الاختيار في كل مرة: فتح البوابة أو الاستعداد للدفاع.

لقد اكتشف العلماء أن منطقتين صغيرتين فقط من البروتين هما المسؤولتان عن هذا الاختيار. وهي تقع في عمق المستشعر وتعمل كمفتاح جزيئي. إذا قمت بتغيير بنية هذه الأقسام، تتغير الإشارة.

يحتوي الشعير على مستقبلات مماثلة، لكنه في الطبيعة لا يسمح أبدًا للبكتيريا المثبتة للنيتروجين بالدخول إلى الجذور. أخذ العلماء بروتين الشعير واستبدلوا نفس الجزأين فيه. وعمل المفتاح: أعطى المستقبل إشارة للتعاون. بمعنى آخر، تحتوي الحبوب بالفعل على كل ما تحتاجه لتكون صديقة للميكروبات، لكن هذه الآلية معطلة. يمكن “تشغيله” عن طريق الضبط الدقيق.

هذا الاكتشاف يمكن أن يغير الزراعة. واليوم، تُغمر الحقول في جميع أنحاء العالم بالأسمدة لإطعام الأعداد المتزايدة من السكان. ويغسل المطر النيتروجين الزائد من الحقول إلى الأنهار والبحيرات. تبدأ الطحالب في النمو بشكل كبير في الماء، وتأخذ كل الأكسجين، وتموت الأسماك والمحاريات. وبالإضافة إلى ذلك، تطلق التربة المفرطة التخصيب أكسيد النيتروز، وهو أحد غازات الدفيئة القوية التي تعمل على تسريع ظاهرة الاحتباس الحراري.

إذا تعلم القمح أو الذرة الحصول على النيتروجين بنفس طريقة الحصول على الفول، فستكون هناك مشاكل أقل بكثير. ولكن، كالعادة، هناك الكثير من “لكن”.

• أولا، مجرد زرع البكتيريا في جذور الحبوب ليس كافيا. سيتعين على المصنع بناء “منازل” خاصة لهم – تلك العقيدات نفسها، تنفق الطاقة على هذا وتشارك مع الميكروبات السكر الذي يستخرجه من ضوء الشمس. وفي الوقت نفسه، لا ينبغي أن تنخفض الإنتاجية.
• ثانياً، لا يمكنك كسر مناعة النباتات. إذا أضعف العلماء آلية الدفاع للسماح بدخول الميكروبات الجيدة، فهل ستدخل الميكروبات السيئة أيضًا؟ يمكن لمسببات الأمراض الاستفادة من نفس الثغرة، وبعد ذلك ستبدأ الحقول في الأذى. سيتعين على المزارعين صب المزيد من المبيدات الحشرية، وسوف يختفي التأثير البيئي.

بينما أجريت التجارب في المختبر. أنت بحاجة إلى التحقق من سلوك النباتات في حقل حقيقي وفي طقس مختلف وفي تربة مختلفة.