خرفه، ابرقدرتی که می‌تواند به تغذیه‌ی زمین کمک کند

 یک علف هرز معمولی که از انواع غیرمعمولی فتوسنتز استفاده می‌کند تا در گرما و خشکسالی زنده بماند.افزایش دما، تشدید خشکسالی‌ها و اثرات دیگر تغییرات آب و هوایی هم‌اکنون بازدهیِ محصولات را به خطر انداخته است. فناوری‌های مهندسی ژنتیک از قبیل CRISPR می‌تواند ویژگی‌هایی را به گیاهان بدهد که در تحمل اثرات تغییرات آب و هوایی به آن‌ها کمک کند. خرفه از دو نوعِ نادرِ فتوسنتز استفاده می‌کند که به بقای آن در گرما و خشکسالی کمک می‌کند. این یافته به دانشمندان در مهندسیِ محصولاتِ مقاوم‌تر کمک خواهد کرد.

محققان دانشگاه یِیل درباره‌ی چگونگی رشد یک علف هرز معمولی در شرایط آب و هوایی گرم و خشک جزئیات تازه‌ای کشف کرده‌اند. این جزئیات نقشه‌ی راهِ مهندسی محصولاتی است که در برابر اثرات تغییرات آب و هوایی مقاومند.

چالشی که پیش رو داریم این است: افزایش دما، تشدید خشکسالی‌ها و اثرات دیگر تغییرات آب و هوایی در حال حاضر بازده محصولات و پیشرفت در تغذیه‌ی جهان از زمان انقلاب سبز را به خطر انداخته‌اند. در حالی که بازده ذرت بنا به گزارش سازمان خواربار و کشاورزی (FAO) از سال ۱۹۶۱ تقریباً سه برابر شده است، در مطالعه‌ی اخیر ناسا پیش‌بینی شده است این میزان پیش از پایان قرن، بیش از ۲۴ درصد افت خواهد داشت.

فائو تخمین می‌زند در حال حاضر یک نفر از هر سه نفر در سراسر جهان عدم‌امنیت غذایی را تجربه می‌کند و جمعیت در حال افزایش است. اگر بخواهیم به پیشرفت‌هایمان در مقابله با گرسنگی ادامه دهیم یا حداقل از دستاوردهایمان محافظت کنیم، نه تنها باید جلوی افت بازده‌ی محصولات که ناشی از تغییرات آب و هواییست بگیریم بلکه باید به تولید غذای بیشتر در زمین‌های کمتر ادامه دهیم. اگر موفق نشویم، گذشته از آسیب رساندن به اکوسیستم‌ها و تحت فشار قرار دادن گونه‌های در حال انقراض ناچاریم جنگل‌های بیشتری را برای کشاورزی از بین ببریم، در نتیجه کربن ذخیره‌شده در درختان را در جو آزاد کنیم و مشکل گرمایش جهانی را بدتر کنیم.
اما یک کشف تازه حالا ما را امیدوار کرده است: مهندسی ژنتیک راه‌حل بالقوه‌ای را برای این مشکل پیشنهاد می‌کند. ما با استفاده از فناوری‌هایی مانند CRISPR می‌توانیم به محصولات ویژگی‌هایی بدهیم که مقاومت آن‌ها را در برابر اثرات تغییرات آب و هوایی بیشتر کند. مطالعات اخیر دانشگاه یِیل ما را یک گام به واقعیت بخشیدن به چنین آینده‌ای نزدیک کرده است. مطالعات روی خرفه نشان داده است که این گیاه علفی معمولی قادر است در شرایط آب و هوایی گرم و خشک رشد کند.

فتوسنتز تقویت‌شده: در حالی که بیشتر گیاهان به طور طبیعی یک نوع فتوسنتز دارند، خرفه از دو فتوسنتز استفاده می‌کند: فتوسنتز C۴ و فتوسنتز CAM. فتوسنتز C۴ به گیاه اجازه حاصلخیز ماندن در دمای بالا را می‌دهد (ذرت و نیشکر از این نوع فتوسنتز استفاده می‌کنند). فتوسنتز CAM به گیاه امکان بقاء با آب کم را می‌دهد (کاکتوس‌ها و ساکولنت‌ها با این شرایط سازگار شده‌اند). درنتیجه، خرفه هم مقاوم به خشکسالی است و هم در آب و هوای گرم بازدهی بالایی دارد و این برای هر گیاهی یک ویژگی کمیاب است.

تا کنون دانشمندان تصور می‌کردند این دو نوع فتوسنتز در برگ‌های خرفه به صورت مجزا عمل می‌کند، اما تیم تحقیقاتی یِیل کشف کرد مکانیسم‌های این دو فنتوسنتز تا حد زیادی با هم ادغام شده‌اند، در سلول‌های یکسانی عمل می‌کنند و به عنوان یک سیستم متابولیک واحد کار می‌کنند. آگاهی از نحوه‌ی عملکرد جمعیِ این دو نوع فتوسنتز را می‌توان برای مهندسی گیاهانی به کار برد که هم در برابر خشکسالی و هم در برابر گرما مقاوم هستند. برای نمونه، در آینده می‌توانیم یک محصول C۴ مانند ذرت را انتخاب کنیم و فتوسنتز CAM را در آن تلفیق کنیم.

اِریکا اِدواردز نویسنده‌ی ارشد این پژوهش می‌گوید: «قبل از اینکه این پیش‌بینی به واقعیت تبدیل شود کار‌های زیادی باید انجام دهیم، اما چیزی که ما ثابت کردیم این است که این دو مسیر را می‌توان به نحو موثری با هم ادغام کرد و محصولاتشان را به اشتراک گذاشت.»