Mradi kabambe wa China wa kukuza vyakula vipya angani

Kwa mtazamo wa kwanza, inafanana na mmea mwingine wowote wa ngano unaoyumbayumba na upepo, popote duniani. Lakini mashamba makubwa ya uzalishaji kaskazini-mashariki mwa China sio makazi ya kawaida kwa mimea, imetengenezwa katika anga ya juu.

Imetokana na aina ya ngano iitwayo Luyuan 502 na ni aina ya pili ya ngano inayolimwa nchini China. Mimea imekuwa kutokana na mbegu ambazo zilizunguka Dunia kilomita 340 katika uso wa dunia.

Katika mazingira haya ya kipekee yenye mvuto wa chini na nje ya uwanja wa Dunia, walipitia mabadiliko finyu katika DNA yao ambayo yalitoa sifa mpya na kuongeza ustahimilivu wao katika ukame na upinzani kwa magonjwa fulani.

Mimea ni mfano wa idadi inayoongezeka ya aina mpya za mazao muhimu ya chakula yanayotengenezwa kwenye vyombo vya anga na vituo vya anga vinavyozunguka sayari yetu.

Hukabiliwa na mvutano wa chini na kuelea angani na kushambuliwa na miale ya mwanga duniani ambayo husababisha mimea kubadilika mchakato unaojulikana kama mutagenesis ya anga (utengenezaji wa mabadiliko ya kijenetiki).

Ingawa baadhi ya mabadiliko hufanya mimea kushindwa kukua, mabadiliko mengine huwa na faida. Baadhi huwa ngumu zaidi na inaweza kuhimili hali mbaya ya ukuaji, wakati mingine huzalisha chakula zaidi kutoka katika mmea mmoja, kukua haraka au kuhitaji maji kidogo.

Inaporudishwa Duniani, mbegu za mimea hii inayokua angani huchaguliwa kwa uangalifu na kukuzwa zaidi ili kutengeneza matoleo yanayofaa ya vyakula maarufu.

Katika dunia iliyo kwenye shinikizo la kuongezeka kwa kilimo kutokana na mabadiliko ya hali ya hewa na usambazaji ulio hatarini, ambao umeangazia hitaji la kukuza chakula karibu na mahali kinapotumiwa, watafiti sasa wanaamini kuwa kukua angani kunaweza kusaidia kukabiliana na uzalishaji wa kilimo kutokana na changamoto hizi mpya.

"Mutagenesis ya angani hutengeneza mabadiliko mazuri," Liu Luxiang, mtaalamu wa mabadiliko ya anga ya juu wa China na mkurugenzi wa Kituo cha Kitaifa cha Mutagenesis

Ngano aina ya Luyuan 502, kwa mfano, ina mavuno ya juu kwa 11% kuliko aina ya ngano ya kawaida inayokuzwa nchini China, kustahimili ukame bora na upinzani mkubwa kwa wadudu wa kawaida wa ngano, kwa mujibu wa Wakala wa Kimataifa wa Nishati ya Atomiki, ambao huratibu ushirikiano wa kimataifa katika matumizi ya mbinu za umwagiliaji katika kuunda aina mpya za mazao ya kilimo.

"[Luyuan 502] ni simulizi yenye mafanikio ya kweli," anasema Liu. "Ina uwezo mkubwa wa uzalishaji na uwezo wa kubadilika. Inaweza kukuzwa katika maeneo mengi tofauti, chini ya hali tofauti. 

Uwezo hu owa kupokea mabadiliko ndio unakofanya Luyuan 502 kupendwa sana na wakulima katika ardhi ya kilimo cha aina mbalimbalia ya China pamoja na tofauti zake kubwa za hali ya hewa.

Ni moja tu kati ya zaidi ya aina 200 za kilimo cha angani zilizooteshwa na Wachina katika kipindi cha miaka 30 iliyopita, kulingana na Liu. Mbali na ngano, wanasayansi wa China wamezalisha mchele, mahindi, soya, alfalfa, ufuta, pamba, tikiti maji, nyanya, pilipili na mboga nyingine za angani

Misheni kadhaa

China imekuwa ikifanya majaribio ya mutagenesis ya anga tangu 1987 na ndio nchi pekee ulimwenguni inayotumia mbinu hii mara kwa mara. Tangu wakati huo, imefanya misheni kadhaa ya kuweka mbegu kwenye chombo cha anga obiti.

Wanasayansi wa China walitangaza zao la kwanza lililopandwa angani - aina ya pilipili hoho iitwayo Yujiao 1 - mwaka 1990. Liu anasema kwamba ikilinganishwa na aina za kawaida za pilipili hoho zinazokuzwa nchini China, Yujiao 1 huzalisha matunda makubwa zaidi na ni sugu kwa magonjwa.

Ukuaji wa China kwenye sekta ya anga kimataifa katika miongo ya hivi karibuni umeiruhusu nchi hiyo kuweka maelfu ya mbegu kwenye obiti. Mwaka 2006, iliweka idadi kubwa zaidi kuwahi kurushwa angani zaidi ya kilo 250 za mbegu na vijidudu kutoka kwa spishi 152 kwenye satelaiti ya Shijian 8.

Mwezi Mei mwaka huu, mbegu 12,000 ikiwa ni pamoja na aina mbalimbali za nyasi, shayiri na alfalfa zilirudi kutoka katika ziara ya miezi sita kwenye kituo cha anga za juu cha China cha Tianhe kama sehemu ya misheni 13 ya Shenzhou.

Wachina walituma hadi kundi la mbegu za mpunga kwa safari ya kwenda na kurudi Mwezini na misheni ya Chang'e-5, ambayo iliweka kiwango flani kwenye uso wa mwezi Novemba 2020. Kwa mujibu wa vyombo vya habari vya China, mbegu hizi za mchele wa mwezi zilizalisha nafaka kwa mafanikio katika maabara baada ya kurudi duniani.

"Tunanufaika na mpango madhubuti wa anga za juu wa China," anasema Liu. "Tunaweza kutumia satelaiti zinazoweza kurejeshwa na pia vyombo vya anga vya juu kutuma mbegu zetu angani hadi mara mbili kwa mwaka na kutumia vifaa hivi vya angani kuboresha uzalishaji."

Vipengele muhimu

Mbegu hizo hutumwa kwa safari ambazo hudumu kutoka siku nne hadi miezi kadhaa. Katika mazingira haya yasiyo ya kawaida, mabadiliko kadhaa yanaweza kutokea katika mbegu na mimea. 

Kwanza, mionzi ya juu ya nishati ya cosmic na jua inaweza kuharibu nyenzo za maumbile ya mbegu, kuleta mabadiliko au kutofautiana kwa muundo ndani ya kiini cha seli (chromosomal) ambayo hupitishwa kwa vizazi vijavyo. 

Mazingira ya kuelea angani yanaweza pia kutoa mabadiliko mengine. Mimea ambayo huota na kukuzwa katika mvutano mdogo angani (microgravity) huonyesha mabadiliko katika umbo la seli na katika mpangilio wa miundo ndani ya seli zenyewe.

Mara nyingi, wanasayansi wa China hutuma mbegu hizo angani na kuziotesha zinaporudi duniani. Kisha miche huchaguliwa kulingana na sifa muhimu ambazo hutoa faida zaidi ya aina za asili za mazao.

Wanasayansi wanatafuta mabadiliko ambayo yanazalisha matunda makubwa zaidi, kupunguza haja ya umwagiliaji, kuboresha maelezo ya virutubisho, kuongeza upinzani dhidi ya joto la juu au la chini, au kuongeza ustahimilivu dhidi ya magonjwa. Katika baadhi ya matukio, mabadiliko ya nadra yanaweza kusababisha misukosuko katika uzalishaji wa mimea au ukinzani 

Mimea yenye matumaini zaidi hulimwa hadi watafiti watakapokuja na aina ya mimea iliyoboreshwa kwa kiasi kikubwa ambayo inaweza kukidhi mahitaji ya wakulima.

Lakini China, ambayo kwa sasa ndiyo inayoongoza katika uzalishaji wa angani, haikuwa nchi ya kwanza kufanya majaribio ya kilimo angani. Mbinu hii inatokana na majaribio ya awali yaliyofanywa na wanasayansi wa Soviet na Marekani kwa kutumia seli za karoti zilizorushwa kwenye obiti ndani ya setilaiti ya Soviet Kosmos 782. 

Mutagenesis huharakisha michakato ya asili ya mabadiliko ya DNA ya viumbe hai kwa kuwaweka kwenye mionzi.

Uzalishaji wa angani unaweza kusaidia kupunguza muda wa ukuzaji wa aina mpya za mazao kwa hadi nusu, kulingana na Shoba Sivasankar, mkuu wa Wakala wa Kimataifa wa Nishati ya Atomiki (IAEA).

"Inachukua dakika mbili tu kumwagilia mbegu, lakini inahitaji ujuzi na utaalamu," anasema Sivasankar.

"Kila aina ina uwezo wake wa kustahimili, ukizipa mbegu dozi kubwa au kuziweka ndani ya kinu kwa muda mrefu, unaziharibu, hazitaota. Usipotoa mionzi ya kutosha, huwezi kuzalisha mabadiliko ya kutosha na itaishia kuwa na kizazi sawa na kile kilichopita, "anasema.

Kitengo cha Pamoja cha FAO/IAEA cha Matumizi ya Nyuklia katika Chakula na Kilimo, ambacho Jenetiki ya Mazao na Mimea ni sehemu yake, kilianzishwa 1964. Mwishoni mwa miaka ya 1920, majaribio ya kutumia X-ray kushawishi mabadiliko katika ngano, mahindi, mchele na shayiri yalivutia wataalam wa mimea kote ulimwenguni.

Katika miaka ya 1950, nchi nyingi zilizoendelea zilikuwa na programu zao za kilimo cha nyuklia, hazikujaribu tu kwa X-rays, lakini pia mionzi ya UV na gamma.

"Wakati huo, kulikuwa na juhudi nyingi huko Ulaya na Amerika Kaskazini," kulingana na Sivasankar. "Aina nyingi mpya zilizoundwa kwa msaada wa mutagenesis ya nyuklia zimetangazwa. Lakini katika miongo miwili hadi mitatu iliyopita,nchi nyingi ziliacha mbinu hiyo. Marekani, hasa, imegeukia teknolojia ya transgenic ambayo inaruhusu kuingizwa kwa vipande vya DNA ya Nje katika jenomu ya mimea katika maabara."

Lakini mutagenesis ya nyuklia haijapotea. Nchi za Asia na Oceania zilidumisha shauku yao, zikiongozwa na China ikiwaongezea kujiamini. Wanaendelea kuijaza hifadhidata ya IAEA ya aina za kilimo zinazobadilikabadilika, ambazo kwa sasa zinajumuisha aina 3,300 mpya zilizokuzwa 

Sivasankar anasema kwamba wakati gharama kubwa ya teknolojia ya mabadiliko ya jeni inaweza kuwa motisha kuu kwa baadhi ya nchi maskini zaidi barani Asia kupitisha mutagenesis ya nyuklia, kuna sababu za kivitendo zaidi za kuendelea kutumia mbinu iliyoachwa na Magharibi.

"Sekta ya kilimo ya kiviwanda ya Marekani, kwa mfano, inatoa kipaumbele kwa sifa fulani, kama vile kinga dhidi ya wadudu na dawa za kuulia magugu", anaelezea Sivasankar. "Teknolojia za GMO zinafanya kazi vizuri sana kwa hili. Lakini katika nchi za Asia, hali ni tofauti kabisa."

Wazalishaji wa Asia hutoa mbegu kwa wakulima wengi wadogo ambao wanafanya kazi katika mazingira tofauti sana. Kurekebisha kipengele kimoja au viwili hakutatosha.

China inaona kuwa juhudi za kuboresha hifadhi ya kinasaba ya mazao yake ya kilimo ni jambo la lazima. Kulingana na Liu na timu yake, dunia inahitaji kuongeza uzalishaji wake wa nafaka muhimu kwa 70% ikiwa inataka kulisha watu bilioni mbili zaidi ambao wanakadiriwa kuishi kwenye sayari ifikapo 2050. Kwa mujibu wao, ongezeko la watu katika kanda za Asia na Oceania linakabiliwa na hatari kubwa ya kuteseka na uhaba wa chakula.

Kwa kutumia nafasi kilimo cha angani, China pekee imetengeneza na kuanzisha aina mpya zaidi ya 800 na kuboresha sifa zote muhimu ikilinganishwa na bidhaa asili, kulingana na IAEA.

Lakini swali moja linabaki: kuna umuhimu gani wa kupeleka mbegu angani wakati huo huo unaweza kufanywa katika maabara duniani?

Liu anakiri kwamba kutuma mbegu kwenye anga za juu kunagharimu zaidi ya kuziweka kwenye hali ya joto nchi kavu. Bado, safari za anga za juu zinaonekana kutoa manufaa ya wazi na mara nyingi hutoa matokeo ya kuvutia zaidi.

"Katika anga, nguvu ya mionzi iko chini sana, lakini mbegu huwekwa wazi kwa muda mrefu zaidi. Tunachoita upitishaji wa nishati ya chembe na athari zao za kibaolojia ni kubwa zaidi angani na kuna kiwango cha chini cha uharibifu wa mbegu ikilinganishwa na mbegu zilizoangaziwa katika maabara", anafafanua.

Sasa inaonekana kuna hamu mpya kutoka sehemu zingine za ulimwengu katika kukuza chakula angani. Novemba 2020, kampuni ya huduma za anga ya Marekani ya NanoRacks ilitangaza mipango ya kuendesha vibanda maalumu vya kilimo (Greenhousea) kwenye obiti. Kusudi lake ni kukuza aina mpya za bidhaa ambazo zinafaa zaidi kulisha ulimwengu na mabadiliko ya hali ya hewa yanayoongezeka.

Kwa ajili ya shughuli hiyo, kampuni hiyo, inayojulikana kwa kurusha satelaiti ndogo kutoka Kituo cha Kimataifa cha Anga cha Juu kwa ushirikiano na Umoja wa Falme za Kiarabu, nchi yenye ardhi ndogo ya kilimo ambayo ina maana kwamba inapaswa kuagiza chakula kikubwa inachotumia.

Lakini sio mbegu zote zinazorudi kutoka angani kama mimea mikubwa ya ubunifu. Kundi la mbegu za lettuki zilizotumwa na Kituo cha Kimataifa cha Anga za Juu na wanasayansi wa Uropa mnamo 2020 zilikua polepole zaidi baada ya kurudi, ikilinganishwa na mimea ambayo ilikuwa imeachwa ardhini.

Utafiti mwingi unaofanywa kuhusu ukuzaji wa chakula angani unakusudiwa kuwasaidia wanaanga kujilisha wenyewe wakati wa misheni. Wanaanga kwenye Kituo cha Kimataifa cha Anga, kwa mfano, wamekuwa wakivuna mboga za majani tangu 2015 na kula. Utafiti uliochapishwa 2020 ulihitimisha kuwa ni salama kuliwa na inaweza ni chanzo muhimu cha virutubisho kwenye misheni ndefu.

Lakini ingawa kukuza chakula kwa wanaanga kunaweza kuwa muhimu kwa mashirika ya angani kote ulimwenguni yanayotuma wanadamu kwenye mwezi na kutembelea sayari nyingine kama Mars. Chakula cha anga kinaweza kuwa cha manufaa zaidi hata kwa wanaobaki hapa Duniani.