Климатске промене: Како топлотни таласи утичу на производњу хране

У јуну прошле године, Арон Фленсберг осетио је скок у температури и знао је шта то значи за његове усеве уљане репице.

Земљорадник пете генерације у савезној држави Вашингтон, на северозападу Сједињених Америчких Држава, Фленсберг темпира сађење уљане репице тако да процвета у хладним недељама раног лета.

Али прошле године, његова поља била су погођена врућинама од 42 степена Целзијуса тек што су се цветови отворили.

„Буквално је нечувено да се у нашим крајевима јаве такве температуре у јуну", каже он.

Жути цветови су се скували, репродукција је заустављена, а многе семенке из којих би се извукло уље уљане репице никад се нису формирале.

Фленсберг је имао приносе од око 272-363 килограма по јутру.

Претходне године, у идеалним временским условима, добио је и 1.225 килограма по јутру.

Вероватно су многи фактори допринели тој сиромашној жетви - врелина и суша су потрајали током читаве сезоне узгоја.

Али једна тачка постаје забрињавајуће јасна научницима: врелина је убица полена.

Чак и у одговарајућим временским условима, врелина може да оштети полен и спречи оплодњу уљане репице и многих других усева, укључујући кукуруз, кикирики и пиринач.

Из тог разлога, многи земљорадници покушавају да наместе да њихови усеви процветају пре пораста температуре.

Али како се услед климатских промена повећава број дана када температура прелази 32 степена Целзијуса у регионима широм планете, а вишедневни периоди екстремне врелине постају све чешћи, потрефити тај временски оквир уме да представља проблем, ако не и да буде немогуће.

Суочени са топлијом будућношћу, истраживачи траже начине да помогну полену да се избори са врелином.

Они су открили гене који би могли да доведу до сорти толерантнијих на врућину и узгајају биљке које могу да преживе зиму и процветају пре него што наступи врелина.

Они истражују које су тачне границе издржљивости полена и чак масовно убиру полен да би њиме директно попрскали усеве кад се временски услови поправе.

Угрожен је велики део наше исхране.

Свако семење, житарице и воће које једемо директни је производ опрашивања, објашњава биохемичарка Глорија Мадеј са Универзитета Вејк Форест из Северне Каролине

„Критични параметар је максимална температура током репродукције", каже она.

Стварање семена почиње кад зрно полена напусти прашницу мушког репродуктивног органа биљке (прашник), слети на лепљиви жиг женског репродуктивног органа (тучак) и почне да ствара цев.

Ову цев формира једна једина ћелија која расте низ стабљику која се зове стубић, све док на крају не стигне до плодника, где испоручује генетски материјал зрна полена.

Раст поленске цеви један је од најбржих примера ћелијског раста у свету биљака, каже Мајк Вестгејт, професор емеритус агрономије са Државног универзитета у Ајови.

„Он расте један центиметар на сат, што је невероватно брзо", каже он.

Раст таквом брзином захтева одговарајућу енергију.

Али при температурама од 32 степена Целзијуса па навише у случају многих усева, протеини који дају снагу метаболизму зрна полена почињу да се разлажу, каже Вестгејт.

Штавише, топлота не омета само раст цеви, већ и друге стадијуме развоја полена.

Резултат: зрно полена се можда никад неће формирати или би могло да се распрсне, не успе да произведе цев, или да произведе цев која пуца.

Нису све сорте биљака једнако подложне врелини.

И заиста, истраживачи и даље покушавају да разлуче молекуларне механизме који омогућују поленима неких сорти да преживе док полени неких других одумру.

На пример, фертилизација је озлоглашено осетљива на топлоту код многих сорти парадајза - биљке која је 2021. године прекривала 274,000 јутара отворених поља само у САД.

Кад време постане претопло, каже Рандал Патерсон, председник Удружења узгајивача парадајза Северне Каролине, „полен ће изгорети".

Патерсон темпира да његов засађени парадајз процвета током најдужег периода ноћи на испод 21 степена Целзијуса и дана на испод 32 степена Целзијуса.

Он обично има прозор од три до пет недеља у ком су временски услови повољни за обе његове годишње сезоне узгоја.

„Ако постане топлије од 21 степен, и ако будемо имали више топлијих ноћи у низу, то ће затворити наш прозор", каже он.

Мадеј проучава полен из мутираног парадајза који би могао да садржи наговештаје како оставити тај прозор што дуже отвореним.

Њен тим је 2018. године известио да антиоксиданти познати као флавоноли играју важну улогу у сузбијању високо реактивних молекула који садрже кисеоник, по имену реактивне врсте кисеоника (РОС), који би иначе нарасли до деструктивних нивоа при високим температурама.

Они се надају да ће узгајивачи потом моћи да уврсте те гене у нове, отпорније сорте парадајза.

Мадеј је сада део тима са више универзитета који жели да открије молекуларне механизме и урођене гене који би могли да помогну да полен парадајза издржи топлотни талас.

Они се надају да ће узгајивачи потом моћи да уврсте те гене у нове, отпорније сорте парадајза.

Увиди из њене првобитне студије су помогли Мадеј да развије парадајз који већ производи посебно високе нивое флавонола.

„Чини се да су они посебно добри у излажењу на крај са ударом високих температура", каже она.

Коначно, Мадеј очекује да ће они открити да пут од врућине до смрти полена укључује много играча поред флавонола и РОС-а и тако потенцијално бројне мете за корекције.

У међувремену, узгајивачи парадајза и других биљака већ раде на развоју сорти које могу боље да поднесу врућину.

„Ако земљорадници на Пацифичком северозападу, или у планинским државама, или у Великим равницама желе да узгоје грашак, а клима буде била топлија, онда морамо да имамо грачак са већом толеранцијом на врућину", каже узгајивачица махунарки и генетичарка биљака Ребека Мекги из америчке Службе за пољопривредна истраживања америчког Министарства за пољопривреду у Пулману, у Вашингтону.

Усеви махунарки укључују сушени пасуљ, грашак, сочиво и леблебије.

Ове биљке не траже много влаге.

Али ако температуре постану превисоке, полен страда, каже Тод Шолц, потпредседник истраживања за амерички Савет за суви грашак и сочиво.

Исти талас врелине који је уништио Фленсбергове усеве прошле године десетковао је и усеве махунарки.

Жетва сочива и сувог грашка пала је на око половину просечне производње, док су леблебије опале за више од 60 одсто.

Мекги узгаја неке од својих грашака и сочива тако да буду отпорнији на високе температуре.

Али уз друге пројекте, она примењује различит и донекле контраинтуитивни приступ: узгајање усева који могу да издрже хладноћу.

У северним Сједињеним Државама, узгајивачи обично саде махунарке у пролеће.

Мекги узгаја грашак, сочиво и леблебије који се уместо тога сеју у јесен.

Идеја је да ове сорте преживе зиму и потом добију велику предност у цветању у рано лето - што им даје реалне шансе да се успешно опраше пре топлотног таласа.

Прошле године је Мекги испоручила произвођачима семена ограничену количину прве три сорте јестивог грашка посејаног у јесен за свој регион.

Она каже да они процветају око две недеље раније од већине грашака засејаних у пролеће - и са двоструко већим приносом.

Наравно, не постоје гаранције да ће ове усеви процветати пре него што стигне врелина, каже Мекги, „али не морате толико да бринете".

На Државном универзитету у Мичигену, Џена Волтерс проучава како температура утиче на полен - и опрашиваче - код воћа.

За викенд на Дан сећања 2018. године, температура у југозападном Мичигену кретала се око 35 степени Целзијуса, док су пчеле зујале између гроздова нежних белих пупољака на грмовима боровнице.

Кад је дошло време за брање, многа воћа била су мања од обичног или уопште нису успела да се формирају.

У држави у којој роди у просеку око 45.359 тона боровнице годишње, узгајивачи су убрали свега 29.937 тона.

Волтерс, докторандкиња за двоструко звање из ентомологије и екологије, еволуције и понашања, истражује шта је тачно пошло по злу.

Почела је тако што је одредила топлотну границу зрна полена код боровнице. изложивши полен у петријевој посуди читавом дијапазону температура и влаге, и надзирући полен 24 сата.

Њени резултати, још увек необјављени, сугеришу да при температурама изнад 35 степени Целзијуса, поленске цеви боровнице не успевају да израсту.

Волтерс је такође симулирала акутни топлотни талас изложивши зрна полена температурама од 37,5 степени Целзијуса четири сата, а потом смањила температуру на 25 степени у наредних 20 сати.

„Практично нема повратка", каже Волтерс.

„Изложеност врелини само четири сата је довољно да доведе до трајног оштећења."

Она сада потврђује ове резултате на правим грмовима у коморама за узгој намештеним на различите температуре.

Ако њени резултати буду потврђени, каже она, 35 степени Целзијуса могло би да наведе узгајиваче да повремено укључе системе за одржавање влажности воденом маглом да би мало охладили поља.

Али мораће да пристану на губитке нечег другог.

„Многи патогени шире се путем влаге или воде, нарочито током тог периода отварања пупољака", каже она.

А кад се укључе ове машине, већина опрашивача највероватније неће доћи.

Могуће је и да прегрејани грмови боровнице временом доведу до мање опрашивача боровнице, каже Волтерс.

Она и њене колеге пореде хранљиве састојке полена изложеног и неизложеног врућини, тражећи разлике у протеинима, угљеним хидратима и другим факторима који би могли да буду критични по здравље пчела.

Ове године ће она напунити осам кавеза величине 1,8 пута 3,7 метара са зидовима од жичане мреже са више од две десетине грмова боровнице у саксијама, као и неколико женки плавих воћних пчела, једне од многих врста пчела које опрашују цветове боровнице.

Четири сата дневно, током периода од четири до пет недеља, она ће седети у тим кавезима и посматрати како пчеле полажу јаја и сакупљају полен са грмља које је, у половини кавеза, било изложено врелини рано у цвату.

Влада забринутост, каже Волтерс, да ће, ако врелина уништи полен, мањак хранљивих материја навести женке да праве више мушких јаја, која траже мање полена за производњу.

Али мужјаци плаве воћне пчеле су од мање користи за узгајиваче боровнице, јер само женке опрашују и лежу јаја како би засновали следећу генерацију.

Да би надокнадили губитак полена, каже Волтерс, узгајивачи би могли да размисле о сађењу редова дивљег цвећа које је отпорније на врелину и могло би да пруже опрашивачима додатне хранљиве материје.

А постоје и технолошки начини за помоћ.

Вестгејт је главни научни службеник у ПауерПолену, пољопривредној технолошкој компанији из Ајове чији је циљ унапређење опрашивања за произвођаче семена хибридног кукуруза - биљке код које полен страда на температурама изнад 40 степени Целзијуса.

Користећи уређај за сакупљање уз помоћ дрмусања цвета спојен на трактор, компанија сакупља велике количине зрелог полена у пољима, а потом похрањује жива зрна у контролисано окружење.

ПауерПолен се враћа да нанесе тај полен кад су временски услови погодни за фертилизацију- обично не више од пет дана после сакупљања.

Овај прозор звучи кратко, али би могао да омогући фармерима да избегну неки посебно врео дан.

Ова компанија ради на продужавању тог временског оквира и на примени своје технологије на друге биљке.

За неке, једноставније решење могло би да буде да у потпуности замене сорте.

„Постоје махунарке које расту у тропским климама, тако да бисте могли да изаберете неку другу сорту", каже Шолц из Савета за суви грашак и сочиво.

Али неке махунарке које могу да истрпе велику врелину, истиче он, као што су фава пасуљ и црнооки пасуљ, траже више влаге него што земљорадници са сувог земљишта Пацифичког северозапада могу да им пруже.

Фленсберг, из Вашингтона, не жели да се пребацује на друге сорте.

Он се и даље нада да ће му узгајивачки напори помоћи да настави да гаји уљану репицу и друге биљке које његова породица узгаја генерацијама.

Ипак, он се брине за будућност.

„Шира слика указује на промену климе са којом ћемо морати да се позабавимо и изборимо ако желимо да наставимо да прехрањујемо људе", каже он.

„Постоји граница колико топлоте биљка може да издржи."

*Овај чланак настао је у сарадњи за Мрежом за извештавање о храни и животној средини, непрофитној истраживачкој информативној организацији.

Пратите нас на Фејсбуку,Твитеру и Вајберу. Ако имате предлог теме за нас, јавите се на [email protected]