Téma

Lány vesmírného obilí

Pomohou nám obří skleníky na oběžné dráze vyřešit v budoucnu potravinovou krizi? Zatímco počet obyvatel na planetě roste a podle odhadů brzy dosáhne až 11 miliard, klimatické změny mohou v budoucnosti způsobit, že se až 19 % povrchu Země ocitne mimo obyvatelnou zónu. Vědci tedy už nyní hledají odpovědi na otázku, jak nasytíme tak velké množství lidí, aniž bychom zároveň zlikvidovali zbylé přírodní biotopy.

Lány vesmírného obilí
Lány vesmírného obilí

Text: Lucie Tomanová • Úvodní foto: Nanoracks/Mack Crawford

Jedním z možných řešení mohou být speciální odolné plodiny, které budou schopné růst v extrémních podmínkách za nedostatku vody, s nízkým přísunem živin nebo na slané půdě. Toho lze dosáhnout třemi způsoby: pomalý šlechtěním na Zemi, cílenou genovou modifikací nebo šlechtěním ve vesmírných sklenících na oběžné dráze. Vlivem kosmického záření a mikrogravitace často vznikají náhodné mutace, které mohou dát rostlinám požadované vlastnosti.

S ideou výstavby vesmírných skleníků přišla v roce 2020 společnost Nanoracs, výrobce komponentů v oblasti astronautiky a vesmírného výzkumu. Firma sídlí v Houstonu v americkém státě Texas a nyní má i pobočku i v Abú Dhabí. Spojené arabské emiráty se rozhodly do výzkumu investovat s vidinou alespoň částečné potravinové soběstačnosti. Země nyní dováží 90 % všech potravin, jelikož 80 % jejího území tvoří pouště. Firma Nanoracks hodlá letos začít s pěstováním plodin na Mezinárodní vesmírné stanici a během příštích pěti let vybudovat i vlastní samostatné skleníky. „Samozřejmě už existuje spoustu projektů zaměřených na pěstování plodin ve vesmíru. Ty mají ale za úkol vybrat a vyšlechtit plodiny, které by poskytly potravu astronautům při vesmírných výpravách a při kolonizaci Měsíce a Marsu. My se však zaměřili na řešení problémů tady na Zemi. Poslední dobou je čím dál jasnější, jak křehké mohou být ekosystémy, na které jsme zvyklí, a jak snadno může klimatická změna způsobit nedostatek potravin,“ řekl webu Space.com Jeffrey Manber, generální ředitel a spoluzakladatel společnosti Nanoracks. „Existuje přitom mnoho studií, které ukazují, že ve vesmíru lze vyšlechtit plodiny tak odolné, že jsou schopné růst i v poušti.“

Studie, o kterých mluví, pochází především z Číny. „Naše země vyšlechtila od roku 1990 prostřednictvím mutací ve vesmíru přes 200 nových plodin,“ sdělil webu Space.com profesor Liu Luxiang z Institutu pro šlechtění plodin Čínské akademie zemědělských věd. Tímto způsobem vznikla například druhá nejpopulárnější odrůda pšenice v Číně, Luyuan 502. „Semena a sazenice putovaly do vesmíru na samostatných satelitech nebo v rámci misí s lidskou posádkou. Podařilo se nám takto vyšlechtit zcela nové odrůdy zeleniny, kukuřice pšenice i sóji. Tyto odrůdy mají vyšší výnosy, lepší nutriční hodnoty a zároveň vyšší odolnost vůči chorobám a škůdcům. Jsou přitom méně náročné na příjem vody a dobře zvládají vyšší teploty. Doufáme, že díky investicím do vesmírného šlechtění plodin bude Čína schopna uživit 1,4 miliardy obyvatel i za nepříznivých klimatických podmínek.“

Pokusy s ozařováním semen pomocí gama paprsků či radioaktivních prvků probíhají ve světě už od roku už od 20. let minulého století. Dle záznamů Potravinového a zemědělského fondu Spojených národů oficiálně vzniklo od té doby prostřednictvím mutageneze na 2,500 různých variant zemědělských plodin. Nyní se proces mutageneze přesouvá do vesmíru. „Principiálně jde o podobný způsob vzniku mutací. Kosmické záření je mix různých typů záření, která lze vygenerovat i „uměle“ v kontrolovaných podmínkách a definovaných dávkách v našich laboratořích,“ vysvětluje RNDr. Roman Hobza z Biofyzikálního ústavu Akademie věd. „Co se týče experimentů ve vesmíru, hlavní výhodou je asi okamžitá selekce jedinců s požadovanými vlastnostmi. Jinak samozřejmě vesmírné prostředí bude mít velmi silný vliv na nastavení exprese genů prostřednictvím ovlivnění epigenomu. To je velmi citlivá věc například v raných stádiích vývoje jedince.“

Počítačový render vesmírné stanice pěstující obilí. Zdroj: Nanoracks/Mack Crawford

Lety do vesmíru jsou zatím nákladné. Zhang Jianwei, výzkumník z Institutu výzkumu izotopů Henanské akademie věd v Číně řekl deníku China Daily, že k získání nové mutované varianty určité plodiny jsou potřeba přibližně 3000 semen, která váží kolem 135 gramů. Pouze malá část vesmírných mutantů je totiž nějakým způsobem „použitelná“. Vyslat jedno semeno do vesmíru přitom vyjde na 3000 Yuanů, v přepočtu tedy na téměř 10 000 Kč. Cena za celý balíček pak dělá 405 000 Yuanů, čili v přepočtu 1 330 000 Kč. Čína vidí budoucnost vesmírného šlechtění plodin či vesmírné mutageneze v pravidelných komerčních letech na oběžnou dráhu Země, což by měly časem umožnit soukromé letecké společnosti.

Není tedy cílená genová editace plodin snadnější metodou nežli nákladné cesty do vesmíru? Teoreticky ano, pokud bychom chtěli šlechtit plodinu na určitou vlastnost a znali přitom přesně geny, které jsou za ni zodpovědné. „Hlavní rozdíl je náhodnost vzniku mutací u záření a cílenost moderních genových editací. Vědci na základě svých poznatků cílí na konkrétní geny a místa v genomu, o kterých je známo, že souvisí s určitými vlastnostmi organismu. Genom zemědělských plodin známe z popisného hlediska velmi detailně, ale k pochopení funkce všech genů jsme ještě daleko,“ vysvětluje RNDr. Roman Hobza. Výhodou nahodilých vesmírných mutací jsou tak nové kombinace užitečných genů a jimi kódovaných vlastností, které by nás na Zemi v laboratoři nenapadly. Obě metody je pak možné libovolně kombinovat. Jak vesmírná mutageneze, tak genové editace budou pravděpodobně klíčové pro přežití lidstva v budoucnu.

Společnost Nanoracks se také zaměřuje na vývoj automatizovaných robotických systému, které budou mít za úkol obhospodařovat vesmírné skleníky. „Zároveň bychom rádi tyto automatizované systémy využili také k zefektivnění zemědělství na planetě Zemi,“ říká na webu Nanoracs ředitel Jeffrey Manber. Čekají nás tedy vesmírné i pozemské farmy plné rostlinných mutantů obstarávané umělou inteligencí. A to náhodou nezní úplně špatně.