تكييف المحاصيل للطقس القاسي

في سبتمبر الماضي، قام فريق دولي من الباحثين بالتجوال في سلسلة جبال نيو مكسيكو النائية، بحثًا عن نبات نادر. تجوب الفرقة المناظر الطبيعية الوعرة بحثًا عن علامات من الكروم الرقيقة التي تلتف حول شجرة أو تتدلى على ضفة جافة للجدول المجفف.

بعد سبعة أيام في الأراضي القاحلة، غادر العلماء بعينة من ثروة الطبيعة: نباتات الفاصوليا البرية تيباري.

كان العلماء يرغبون في جمع هذه البقولة، التي هي موطنها المناطق القاحلة في جنوب غرب الولايات المتحدة وشمال غرب المكسيك، بسبب قوتها: “لقد تطورت في هذا المناخ الحار والجاف جدًا، لذا فهي تتحمل الجفاف والحرارة بشكل استثنائي، وقدرتها على تحمل بعض ظروف التربة القاسية أيضًا”، وفقًا لسارة دولي، محافظة الفاصوليا في وزارة الزراعة الأمريكية، التي شاركت في جهود جمع نيو مكسيكو.

يمكن أن تكون هذه الصفات مفيدة على كوكب يشهد ارتفاعًا في درجات الحرارة، حيث يعمل العلماء على تربية الفاصوليا والفلفل والبطاطس ومختلف الحبوب والفواكه والخضروات الأخرى التي يمكن أن تتحمل ظروفًا قاسية في تغير المناخ.

تأثير التغير المناخي على الزراعة

تسببت هذه التأثيرات بالفعل في دمار في الزراعة في جميع أنحاء العالم. في الغرب الأمريكي، تسببت جفاف شديد في تدمير إنتاج الطماطم والأرز في كاليفورنيا. في غواتيمالا، تسببت تأثيرات الجفاف والأمطار المتوازنة في تدمير محاصيل الذرة والفاصوليا السوداء، وهما من المحاصيل الغذائية الرئيسية. في إفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، تسببت الظروف الحارة في تقليل إنتاج القمح والذرة بنسبة تزيد عن ثلثيها منذ أوائل الستينيات.

تتوقع نماذج المناخ والزراعة تفاقم السيناريو. يمكن أن ينخفض إنتاج الذرة، وهي محصول رئيسي يغذي مليارات الأشخاص في جميع أنحاء العالم، بنسبة 24 في المائة بحلول عام 2030، وفقًا لدراسة أجرتها وكالة الفضاء الأمريكية (ناسا) في عام 2021. بينما قد يشهد المحاصيل الأخرى مثل القمح زيادة في الإنتاج، يقول الباحثون إنه من المهم تنويع الزراعة لتعزيز الأنظمة الغذائية المتينة والمستدامة. في عام 2014، لم تشكل تسعة محاصيل سوى ثلثي الإنتاج العالمي، من بين أكثر من 6000 نوع نباتي مزروع وأكثر من 50،000 نبات طعام قابل للأكل موجودة على الكوكب.

المحاصيل البرية المستغلة والقوية

يمكن أن تساعد المحاصيل القوية والمستغلة مثل الفاصوليا تيباري في تنويع إنتاج الغذاء، وفقًا لريتشارد برات، عالم النبات وأستاذ في جامعة ولاية نيو مكسيكو. ويمكن أن تساعد المواد الوراثية لهذه المحاصيل في جعل المحاصيل الأخرى أكثر تحملًا للجفاف والحرارة. شارك برات في البعثة التي جرت في سبتمبر، جنبًا إلى جنب مع زملائه من وزارة الزراعة الأمريكية ومركز التعاون الدولي للزراعة الاستوائية في كولومبيا (CIAT). إنهم بين عدد متزايد من الباحثين ومربي النباتات والعلماء الآخرين الذين يعملون على الحفاظ على المحاصيل البرية المهملة وتربية نباتات أكثر مرونة في سباق التكيف مع التغير المناخي.

على سبيل المثال، تقود جامعة كاليفورنيا، ديفيس، مشروعًا متعدد الولايات بقيمة 15 مليون دولار يشمل 20 مؤسسة لتسريع دورات تربية القمح وبحث طرق لمساعدة المحصول على الازدهار في بيئة صعبة. في جامعة أوبورن في ولاية ألاباما، يعمل العلماء على تربية نوع من الفول السوداني يمكنه تحمل ظروف الجفاف بشكل أفضل. في بعض مناطق آسيا وأفريقيا، يزرع بعض المزارعين بالفعل أرزًا “أخضر فائق” متحمل للإجهاد العالي، تم تطويره من قبل معهد البحوث الدولي للأرز في الفلبين. وشارك علماء من مؤسسات مختلفة في جهد ضخم، تم تمويله من قبل الحكومة النرويجية، لتحديد وجمع وتقييم المحاصيل البرية للتطوير المستقبلي.

ومع ذلك، هناك العديد من التحديات في اللعب: تربية المحاصيل هي عملية تستغرق وقتًا طويلاً، لذا قد يكون من الصعب على الباحثين مواكبة التغيرات الجوية السريعة. يمكن أن تساعد التطورات في تسلسل الجينات وتحرير الجينات في تسريع العملية، ولكنها تأتي مع تحدياتها الخاصة. حذر بعض الباحثين من أن تقنية تحرير الجينات Crispr، على سبيل المثال، قد تؤدي إلى تغييرات غير مقصودة في الحمض النووي وتلوث وراثي لأقارب المحاصيل البرية. وفي الوقت نفسه، لا يزال المستهلكون يرغبون في الأطعمة التي تكون لذيذة. ويرغب المزارعون في المحاصيل التي يسهل زراعتها.

مع تصاعد الطقس العدائي، أصبح تربية النباتات المركزة على المحاصيل المتكيفة مع المناخ أمرًا ضروريًا. “إذا استمر التغير المناخي العالمي في أن يكون صعبًا علينا”، قال برات، “فعلينا أن نمتلك محاصيل مرونة”.

تاريخ زراعة النباتات البرية

لدى البشر تاريخ طويل من ترويض وتهجين النباتات البرية لإنتاج أجيال جديدة ذات نكهة أفضل وإنتاجية أعلى. “سواء كانت تفاحًا أو كمثرى أو عنبًا أو موزًا تأكلها من السوبر ماركت، فقد تم ترويض هذه النباتات من قبل البشر في نقطة ما في العالم”، وفقًا للعالم البيئي خيسوس غارسيا، الباحث المشارك في متحف صحراء أريزونا-سونورا في توسون، أريزونا.

على سبيل المثال، قام المزارعون الأصليون في المكسيك في وقت مبكر منذ حوالي 9000 عام بتحويل الذرة البرية، وهي نوع من العشب، إلى الذرة الحديثة التي تنتج الذرة ذات الساق الواحدة والممتلئة التي تنتج في جميع أنحاء العالم اليوم.

مع تطور علم الوراثة، يمكن لعلماء النبات أن يختاروا بشكل أفضل لصالح خصائص النبات الأكثر رغبة، مثل الطعم واللون والحجم، وتطوير سلالات محسنة للزراعة. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي التركيز على هذه الصفات المحدودة إلى تقليل التنوع الوراثي، مما قد يجعل النباتات أكثر عرضة للأمراض والآفات والتأثير البيئي. على سبيل المثال، كانت مجاعة البطاطس الأيرلندية نتيجة جزئية لتكاثر المزارعين لنباتاتهم بحيث يكون كل بطاطسة نسخة مماثلة لنفسها. عندما بدأت فطريات في الإصابة بالخضروات الجذرية في الأربعينيات من القرن التاسع عشر، سقطت الكثير من المحصول وتوفي حوالي مليون شخص جوعًا.

لتجنب كارثة زراعية مماثلة، يلجأ العلماء مثل برات إلى الأصناف البرية، حيث يمكن أن توفر صفات وراثية قيمة قد تكون قد تم تجاهلها في العقود الماضية. “ما زال هناك ربما الكثير من التنوع الوراثي في سكان الفاصوليا البرية الذي ليس موجودًا في الفاصوليا المزروعة”، وفقًا لبرات. عن طريق تهجين العينة البرية مع فاصوليا سوداء أو فاصوليا بينتو، على سبيل المثال، قد يتمكن العلماء من تربية سلالة جديدة يمكنها تحمل ظروف بيئية قاسية مماثلة لتلك التي ازدهرت فيها النسبة المئوية المرتبطة بها.

ومع ذلك، فإن الخطوة الأولى هي العثور على المحاصيل التي يمكن أن تقدم تلك الصفات الوراثية الأكثر متانة في البرية.

على غرار فريق برات في نيو مكسيكو، يعمل علماء النبات الآخرون على جمع والحفاظ على أقرب الأقارب البرية للمحاصيل التي يمكن أن تساعد في تطوير سلالات متكيفة مع المناخ وضمان الأمن الغذائي لسكان العالم المتزايد.

“أقارب المحاصيل البرية لديها مجرد تحمل لظروف أكثر قسوة”، وفقًا لبيرين ماكنيليس، مدير برنامج النباتات الأصلية لشبكة استعادة الحدود، وهي منظمة غير ربحية للحفاظ على البيئة في جنوب أريزونا. “ليس لديهم تربة غنية بالمغذيات وري يومي، لذا فهم أكثر صلابة”.

قبل بضع سنوات، خرج فريق ماكنيليس مع موظفي وزارة الزراعة الأمريكية لجمع الفلفل الحار البري الذي ينمو بكثافة تحت ظل الأشجار المسنة وأشجار الحديد في منطقة واسعة محمية ضمن الأودية الجبلية للحدود. يأتي العلماء من قرب وبعيد لدراسة الفلفل الحار الصغير والأحمر، والذي يعتبر أم الفلفل. ينمو الفلفل الحار أيضًا بري في أجزاء من تكساس ونيو مكسيكو والمكسيك.

قالت ماكنيليس إن جمع عينات الفلفل الحار البري، التي تم إرسالها إلى مختبرات وزارة الزراعة الأمريكية، ستساعد في البحوث المستقبلية وحماية المواد الوراثية التي يمكن استخدامها لتربية محاصيل محسنة.

شملت مجموعة أكبر من الأصناف البرية للمحاصيل أكثر من 100 عالم في 25 دولة يعملون مع مؤسسة Crop Trust، وهي منظمة غير ربحية دولية مقرها ألمانيا. تم تمويل المبادرة، المعروفة باسم مشروع Crop Wild Relatives، من قبل الحكومة النرويجية، وتشارك في إدارتها الحدائق النباتية الملكية في كيو.

في عام 2018، انتهى العلماء من البحث عن النباتات البرية في أرجاء العالم. في تقريرها المنشور في العام التالي، قالت المنظمة إنها حصلت على أكثر من 4600 عينة بذور من 371 قريبًا بريًا للمحاصيل المستأنسة، لتوزيعها إلى بنوك الجينات العالمية، التي تجمع وتخزن البذور، بهدف أن يتمكن العلماء والمربون من استخدام تلك البذور للبحث والتطوير المستقبلي. ووجد الباحثون بالفعل صفات مفيدة في عينات البذور، بما في ذلك مجموعات متنوعة من التحمل للجفاف والحرارة والملوحة في محاصيل مثل الجزر والذرة والبرسيم.

قال لويس سالازار، مدير الاتصالات في Crop Trust: “لقد تم تجاهل أقارب المحاصيل البرية أو نسيانها أو اعتبارها تهديدًا للزراعة، ولكنها كانت قوية جدًا، وتمكنت من البقاء على قيد الحياة بمفردها”.

وقال سالازار إن تلك الصفات المتينة “هي ما نحتاجه الآن وما سنحتاجه أكثر وأكثر في المستقبل”.

قد تكون أقارب المحاصيل البرية قوية، ولكنها عادة ليست مناسبة للزراعة لأنها تفتقر إلى صفات مثل الطعم الجيد والنمو السريع التي يرغب فيها المزارعون. لذا، يتساءل العلماء كيف يمكن تطوير أنواع جديدة تحتفظ بالصفات المرغوبة في السلالات المستأنسة، ولكنها قادرة على البقاء في ظروف صعبة.

يمكن أن يتم تنمية أنواع نباتية جديدة بعدة طرق، ولكن برات يفضل طرق التربية التقليدية: في نيو مكسيكو، نما برات أصناف مختلفة من نبات الفاصوليا تيباري الكرومي النباتية على حقل جامعة الحرم الجامعي ومواقع أخرى لرؤية مدى تكيفها مع التربة شبه القاحلة. يختار النباتات التي تتمتع بالصفات التي يبحث عنها، مثل مقاومة الجفاف والإنتاجية العالية، والتي يمكن استخدامها لإنتاج نسل يحمل الصفات المرغوبة.

كجزء من بحثه، درس برات إمكانية إنتاج أصناف الفاصوليا تيباري المستأنسة لإنتاج محاصيل عالية في ارتفاعات مختلفة وفي ظروف جفاف خفيفة إلى معتدلة. وقد وجد أن “الفاصوليا تيباري لا تحتاج إلى ماء كما تحتاجه الفاصوليا العادية لإنتاج إنتاجية مقارنة”، وفقًا لقوله.

مع البحث عن الفاصوليا البرية، يأمل برات وزملاؤه في زيادة تمثيل الفاصوليا المتينة في مجموعات بذور ونباتات وأنسجة الجينات التي تحتفظ بها بنوك الجينات العالمية وتشاركها مع المزارعين لتغذية العالم. ولكن، وفقًا لبرات، لا يزال هناك الكثير من النقاش حول كيفية دمج تلك المواد الوراثية المفيدة في الفاصوليا العادية التي تتأثر بالحرارة أو التي يمكن أن تحسن صلابة الفاصوليا التي تمتلكها.

التربية التقليدية ليست بدون قيود. غالبًا ما يستغرق إنتاج النتائج المرغوبة سنوات عديدة، ومن الصعب اختيار الخصائص الوراثية المحددة دون جلب سمات غير مرغوب فيها.

لقد جعلت التطورات في التكنولوجيا الوراثية من الممكن تسريع تربية النباتات. تعتبر الجينات للنبات مثل مخطط يحدد كيف ستبدو وما هي الصفات التي ستمتلكها. يمكن لعلماء الوراثة النباتية تحديد الجينات المحددة المهمة في هذه المخططات بشكل أسرع مما كانوا عليه في الماضي، بفضل تطور تقنية تسلسل الحمض النووي القوي، والتي تقرأ في الأساس المادة الوراثية للنباتات لتحديد الجينات والصفات التي تتحكم فيها.

على سبيل المثال، قام علماء في جامعة ماكجيل في مونتريال بتسلسل الحمض النووي لحوالي 300 نوع من البطاطس، بما في ذلك الأصناف البرية، لإنشاء “بانجينوم سوبر”، وهو مجموعة كاملة من الجينات لنوع البطاطس. للقيام بذلك، استخدم الباحثون بنوك الجينات، مثل تلك التي ساعدت مشروع Crop Wild Relatives في ملء مخزونها. يشبه تسلسل الحمض النووي البانجينوم خريطة تجعل من الأسهل اختيار الصفات التي تجعل البطاطس أكثر مقاومة للأمراض والعبء البيئي، وفقًا لشيلي جانسكي، الباحث الوراثي البحثي الذي تقاعد مؤخرًا ولم يشارك في البحث، ولكنه متخصص في وراثة البطاطس.

تم نشر هذه المقالة أصلاً في مجلة Undark. اقرأ المقالة الأصلية.

لورديس ميدرانو هي صحفية مستقلة مقرها في أريزونا.

Source: https://www.scientificamerican.com/article/adapting-crops-for-extreme-weather/