17.1.2018 | Svátek má Drahoslav


VĚDA: Třicet let do hladomoru

2.6.2016

Pokud nezačneme hned teď šlechtit zemědělské plodiny na podmínky, jaké zavládnou na Zemi kolem roku 2050, budeme čelit katastrofálnímu nedostatku potravin.

Musíme začít neprodleně zvyšovat zemědělskou produkci. A to rychleji než kdykoli předtím. Žádnou z dnešních inovací nebudou zemědělci pěstovat na polích dřív než za třicet let, protože potřebujeme spoustu času na testování, vývoj nových postupů pro zpracování a v neposlední řadě na schválení státními úřady. Z tohoto hlediska není rok 2050 zase tak vzdálená budoucnost. Proto říkáme, že nás od hladovění dělí jeden jediný cyklus šlechtění zemědělských plodin.

Takhle shrnul potravinové perspektivy lidstva americký expert Stephen Long z Illinoiské univerzity, když společně s kolegou Johannesem Kromdijkem rozebíral na stránkách vědeckého časopisu Proceedings of the Royal Society B blížící se globální potravinovou krizi.

Konec zlatých časů

Ačkoli populace ekonomicky rozvinutých zemí valem stárnou a někde už začal pokles počtu obyvatel, v třetím světě se populační exploze nezastavila. Průměrná rodina v subsaharské Africe má pět až šest dětí. U nás nebo v Japonsku rodí ženy v průměru jen o málo víc než jedno dítě. Globální počet obyvatel dramaticky roste a největší přírůstky je nutné i v nejbližší budoucnosti očekávat v chudých rozvojových zemích. Dnes žije na Zemi bezmála sedm a půl miliardy lidí. Do roku 2030 stoupne počet obyvatel planety o více než miliardu a v roce 2050 se počet lidí na Zemi přiblíží deseti miliardám.

Plné dvě třetiny energie, které dnes lidé konzumují s potravou, padá přímo či nepřímo na vrub kvarteta plodin – rýže, pšenice, kukuřice a sóji. Něco z toho sníme rovnou, něco „proženeme“ přes hospodářská zvířata. S rostoucím počtem lidí a s narůstající spotřebou potravin živočišného původu, tedy hlavně masa, mléka a vajec, porostou i nároky na sklizeň základních zemědělských plodin. Pokud chceme zabránit hladomoru, musíme do roku 2050 zvýšit úrodu čtveřice základních plodin o 87 procent. Nebude to jednoduché.

Zcela jistě nebudeme mít k dispozici tolik nové zemědělské půdy, abychom bezmála zdvojnásobili sklizeň a přitom nemuseli zvyšovat výnosy. Druhá neméně závažná potíž se skrývá za globálními klimatickými změnami. V roce 2050 bude na Zemi tepleji a ovzduší bude obsahovat vyšší koncentrace oxidu uhličitého. A právě tyto faktory mají na výnosy zemědělských plodin zásadní negativní dopad. Jak to tedy zařídit, abychom ze stejné plochy polí sklízeli v méně příhodných podmínkách mnohem více?

Rostliny využívají sluneční energii k tomu, aby fotosyntézou proměnily oxid uhličitý a vodu na organické sloučeniny bohaté na energii, například na cukr glukózu. Tento proces je klíčový i pro výnosy zemědělských plodin. Člověk během domestikace proměnil plané rostliny k nepoznání. Platí to i o čtveřici základních plodin. Pšenice vznikla jako náhodný kříženec tří různých druhů travin na Blízkém východě v oblasti takzvaného úrodného půlměsíce. Kukuřici domestikovali středoameričtí indiáni z plané teosinty, která se vzhledem dnešním kukuřicím vůbec nepodobá.

Proměna planých rostlin na zemědělské plodiny a jejich další šlechtění probíhalo za víceméně stabilních klimatických podmínek. Pro současné plodiny představují stávající teplotní poměry a koncentrace oxidu uhličitého v ovzduší optimum, za jakého podávají při tvorbě úrody maximální výkon. Těmto „starým zlatým časům“ však odzvání. Koncentrace oxidu uhličitého v zemské atmosféře v důsledku masivního spalování fosilních paliv nezadržitelně roste. Zároveň se náš svět ohřívá. V prognózách tempa, jaké tyto změny naberou v bližší či vzdálenější budoucnosti, se vědci neshodnou. Stejně tak se rozcházejí i v názorech, nakolik je lidstvo s to těmto změnám zabránit. Předvídat vývoj zemědělské produkce je ještě komplikovanější, protože za jedněch a týchž podmínek se mohou výnosy významně lišit v závislosti na tom, jak budou zemědělci hospodařit.

Lidstvo má stále ještě rezervy například v tom, kolik zemědělské produkce a kolik potravin přijde vniveč. Stejně tak si můžeme poněkud ulevit od tlaku na produkci potravin, pokud omezíme spotřebu živočišných potravin. Hospodářská zvířata proměňují rostlinná krmiva na maso, mléko či vejce, aniž by dosahovala závratné účinnosti. Pokud by rostlinnou stravu zkonzumoval přímo člověk, tyto ztráty by se výrazně zredukovaly. Plány na „vegetariánský svět“ jsou však zjevně nereálné.

Chybějící sklizeň

Pokud by stoupaly výnosy základních zemědělských plodin tak jako dosud, pak nám či našim potomkům bude kolem roku 2050 chybět 28 procent světové produkce rýže, 30 procent světové sklizně pšenice a 23 procent sklizně sóji. Ve skutečnosti to však bude nedostatek podstatně citelnější, protože výnosy stoupaly výrazně především v prvních desetiletích po druhé světové válce, kdy se v zemědělství odehrála takzvaná zelená revoluce. Americký agronom Norman Borlaug a jeho následovníci tehdy vyšlechtili zcela nové, odolné a vysoce výnosné odrůdy pšenice a rýže. Hrozba hladomoru ve třetím světě tak byla z valné části zažehnána.

Potenciál zelené revoluce se však už vyčerpal. Je to jasně patrné na výnosech rýže a pšenice za posledních deset let. Ve srovnání s dobou zelené revoluce rostly výnosy rýže jen čtvrtinovým tempem. Výnosy pšenice se za stejnou dobu vůbec nezvýšily a stagnují. Zelená revoluce vděčila za svůj úspěch šlechtění, které změnilo poměr mezi částmi rostlin, které lidé využijí, a částmi rostlin, které představují odpad. Dnešní pšenice už například neplýtvají živinami na růst zbytečně dlouhého stébla a o to víc jich pak ukládají do zrn v klasech. Tady už nezbylo mnoho prostoru ke zlepšení.

Zelená revoluce kupodivu ponechala stranou svého zájmu intenzitu fotosyntézy. A právě na tomto poli vidí Johannes Kromdijk a Stephen Long šanci v boji s nezadržitelně se blížícím hladomorem.

Když RuBisCO nestačí

T em po fotosyntézy rostlin, jako jsou sója, rýže nebo pšenice, je určeno z valné části enzymem, jehož úlohou je lapat CO2. Jeho komplikovaný název bývá obvykle zkracován na RuBisCO. Při nízkých koncentracích oxidu uhličitého a za vysokých teplot se enzym dopouští poměrně často chyb. Molekuly oxidu uhličitého si plete s molekulami kyslíku a pak výkon fotosyntézy klesá. Rostlina oxid uhličitý nespotřebovává, ale uvolňuje ho do okolí.

V současné době však koncentrace oxidu uhličitého v ovzduší stále stoupají. RuBisCO je stále neomylnější a po molekulách kyslíku sahá méně a méně. Zpracovaný oxid uhličitý se proměňuje v organické látky nabité energií a ta pak slouží k růstu rostliny včetně jejích jedlých částí. Mohlo by se tedy zdát, že nás čekají světlé zítřky a obavy z neúrody jsou bezpředmětné.

Bohužel, ruku v ruce s rostoucím obsahem oxidu uhličitého v atmosféře kráčí i globální oteplení. Oxid uhličitý je skleníkový plyn. Čím víc ho ovzduší obsahuje, tím více energie slunečního záření se vněm zachytí a tím méně jí je vyzářeno do vesmíru. Za vyšších teplot RuBisCO opět více chybuje a plete si oxid uhličitý skyslíkem. Intenzita fotosyntézy tak klesá. Výhledy do blízké budoucnosti oteplujícího se světa proto nejsou optimistické.

„Hledáme mezi nejrůznějšími organismy formu enzymu RuBisCO, který by za vyšších teplot méně chyboval,“ říká Stephen Long. Pokud by vědci takový enzym našli a přenesli by jeho gen do dědičné informace zemědělských plodin, pojistili by si vysoké sklizně i ve světě, který se ohřeje o několik stupňů Celsia.

Druhá slabina fotosyntézy

Enzym RuBisCO váže při fotosyntéze oxid uhličitý na cukerné molekuly ribulózo-1,5 bisfosfátu čili RuBP. Pokud je oxidu uhličitého v ovzduší hodně, pak se molekuly RuBP nestačí zbavovat oxidu uhličitého, který na ně „naložil“ enzym RuBisCO, a vracet se pro nový „náklad“. To je další významné „úzké místo“, kde může fotosyntéza zemědělských plodin v blízké budoucnosti váznout.

Stephen Long a jeho spolupracovníci proto pátrají, jak tento „slabý článek“ fotosyntézy významně posílit. Podařilo se jim to opět metodami genového inženýrství u modelové rostliny tabáku. Když pak pěstovali tyto rostliny ve skleníku se zvýšeným obsahem oxidu uhličitého v atmosféře, tabák měl významně posílenou fotosyntézu. V jejich organismu běželo vše hladce a nikde nic nedrhlo.

Podobných vylepšení modelových rostlin dosáhli vědci v laboratořích řadu. Jejich odzkoušení u zemědělských plodin ale zatím vázne. V neposlední řadě proto, že je to drahé a výzkumná pracoviště si takové testy nemohou dovolit. Velké biotechnologické firmy, které potřebným kapitálem disponují, se zatím do tohoto životně důležitého, ale na druhé straně i ekonomicky riskantního podniku dvakrát nehrnou.

Další kámen úrazu tkví v tom, že vylepšení fotosyntézy lze nejsnáze dosáhnout cílenými zásahy do dědičné informace rostlin a ty jsou pak hodnoceny jako geneticky modifikované. Beztak drahý vývoj nových výkonnějších odrůd pro blízké potřeby celého světa se tak ještě více prodraží, protože geneticky modifikované organismy podléhají velmi tuhé regulaci a neskonale náročnějšímu ověřování a testování než plodiny vyšlechtěné klasickými metodami. Nebylo by tedy jednodušší genetické modifikace vynechat? Ne. Byla by to chyba.

„Tváří v tvář výzvám před námi si nemůžeme dovolit luxus předem vyloučit využití jakékoli technologie, která se jeví nadějná pro zvýšení výnosů plodin,“ píší Long a Kromdijk v závěru své studie.

Autor je biolog, profesor České zemědělské univerzity, působí ve Výzkumném ústavu živočišné výroby

LN, 28.5.2016



Diskuse


J. Mrázek
16:15
4.6.2016

R. Dubravský
16:43
2.6.2016

J. Novotný
21:10
2.6.2016

I. Hil
22:40
2.6.2016

A. Richtr
15:19
2.6.2016

R. Tichý
15:01
2.6.2016

P. Rada
15:40
2.6.2016

M. Stuchlik
20:50
2.6.2016

R. Tichý
7:31
3.6.2016

A. Richtr
16:00
2.6.2016

P. Rada
18:14
2.6.2016

J. Kopeček 533
14:21
2.6.2016

Š. Hašek
21:02
2.6.2016

J. Novotný
21:12
2.6.2016

J. Schwarz
14:17
2.6.2016

Š. Hašek
21:05
2.6.2016

A. Richtr
13:19
2.6.2016

J. Tachovský
13:18
2.6.2016

J. Prečuch
12:51
2.6.2016

P. Rada
13:18
2.6.2016

J. Tachovský
13:20
2.6.2016

P. Rada
15:28
2.6.2016

A. Richtr
15:08
2.6.2016

A. Richtr
15:14
2.6.2016

J. Prečuch
3:34
3.6.2016

A. Richtr
15:14
2.6.2016

J. Prečuch
12:47
2.6.2016

L. Křivan
11:22
2.6.2016

V. Vaclavik
11:03
2.6.2016

F. Houžňák
10:39
2.6.2016

Š. Hašek
10:07
2.6.2016

F. Houžňák
9:27
2.6.2016

J. Kavalír
10:11
2.6.2016

F. Houžňák
10:34
2.6.2016

P. Rada
10:19
2.6.2016

P. Rada
8:26
2.6.2016

M. Prokop
9:15
2.6.2016

P. Rada
9:53
2.6.2016

J. Prečuch
7:51
2.6.2016

M. Prokop
9:17
2.6.2016

J. Prečuch
12:38
2.6.2016

J. Jurax
22:36
2.6.2016

P. Maleček
7:20
2.6.2016

P. Rada
7:51
2.6.2016

M. Prokop
9:19
2.6.2016

P. Rada
10:22
2.6.2016

R. Langer
10:56
2.6.2016

T. Kočí
10:37
2.6.2016

M. Stuchlik
11:13
2.6.2016

K. Novák 396
6:04
2.6.2016

M. Červeňák
4:33
2.6.2016

K. Pavlik
1:54
2.6.2016

J. Vintr
1:07
2.6.2016

J. Jurax
3:47
2.6.2016

V. Mohorita
4:55
2.6.2016

L. Popovský
5:41
2.6.2016

R. Gramblička
6:33
2.6.2016

R. Langer
11:05
2.6.2016

Z. Lapil
15:51
2.6.2016

R. Gramblička
6:36
2.6.2016

P. Rada
7:30
2.6.2016

B. Volarik
7:34
2.6.2016

V. Kolman
9:13
2.6.2016

P. Bureš
..
0:56
2.6.2016

J. Jurax
3:43
2.6.2016

L. Popovský
7:03
2.6.2016

M. Stuchlik
11:04
2.6.2016

M. Stuchlik
Aha
0:10
2.6.2016

J. Jurax
3:44
2.6.2016

F. Svoboda
9:34
2.6.2016

počet příspěvků: 81, poslední 4.6.2016 04:15









 Neviditelný pes
Toto je DENÍK: do sítě jde obvykle nejpozději do 8.00 hod. aktuálního dne. Pokud zaspím, opiji se, zešílím nebo se zastřelím, patřičně na to upozorním - neboť jen v takovém případě vyjde Pes jindy, eventuálně nikdy.
Šéfredaktor Ondřej Neff (nickname Aston), příspěvky laskavě posílejte na adresu redakce Jiřímu Wagnerovi, redaktorovi NP (nickname JAG). Rubriku Zvířetník vede Lika.