მეცნიერებმა ფოტოსინთეზის პროცესში არსებული დეფექტი გამოასწორეს, რის შედეგადაც მცენარეების პროდუქტიულობა 40 პროცენტით გაზარდეს.

ფოტოსინთეზი ქიმიური რეაქციაა, რომლის საშუალებითაც მცენარეები მზის სინათლისა და ატმოსფეროში არსებული ნახშირორჟანგის ურთიერთქმედებით საკვებ ნივთიერებებს ქმნიან, ამ პროცესში არსებული დეფექტის გამოსწორების შედეგად მცენარეების პროდუქტიულობა მნიშვნელოვნად იზრდება, რისი საშუალებითაც ყოველწლიურად დამატებით 200 მილიონი ადამიანის გამოკვება შეიძლება.

ამჟამად მეცნიერებმა დეფექტის გამოსწორება მხოლოდ თამბაქოს მცენარეში შეძლეს, ასე რომ საკვები ჯაჭვის გაუმჯობესებაზე საუბარი ჯერ ადრეა, მაგრამ ეს უმნიშვნელოვანესი პირველი ნაბიჯია.

კონკრეტულად რა დეფექტზეა საუბარი?

ეს არის ფოტოსინთეზის თანმდევი ერთ-ერთი პროცესი, რომელსაც ფოტოსუნთქვის სახელით ვიცნობთ.

"მცენარეში ფოტოსუნთქვის შედეგად დაკარგული კალორიებით აშშ-ს შუა დასავლეთში ყოველწლიურად დამატებით 200 მილიონ ადამიანს გამოვკვებავდით", - აცხადებს ილინოისის უნივერსიტეტის მეცნიერი და კვლევის ავტორი დონალდ ორტი.

უკეთ რომ გავიგოთ, თუ რა პროცესი მიმდინარეობს ფოტოსუნთქვისას, საჭიროა, რომ ცოტა რამ ევოლუციაზეც ვიცოდეთ.

ევოლუციის საშუალებით ცოცხალი ორგანიზმები მუდმივად ვითარდება და იცვლება, თუმცა უნდა გვახსოვდეს, რომ ევოლუცია შემთხვევითი პროცესებით იმართება და მის უკან არანაირი უმაღლესი ინტელექტი არ დგას. ეს ნიშნავს იმას, რომ ევოლუციის საშუალებით ვიღებთ ორგანიზმებს, რომლებსაც შეიძლება სხვადასხვა ნაკლი ჰქონდეთ.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ევოლუცია იმას აკეთებს, რასაც ახერხებს. მისთვის უმთავრესი პრიორიტეტი ორგანიზმის გადარჩენა და გამრავლებაა, სხვა დანარჩენი კი ნაკლებად მნიშვნელოვანია - მცენარისათვის მთავარია გადარჩეს, ხოლო ეფექტურობა და ეკონომიურობა გარკვეულწილად მეორე ხარისხოვანია.

ფოტოსინთეზის პროცესში მრავალი ცილა მონაწილეობს, მათგან ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი კი არის RuBP-ოქსიგენაზა-კარბოქსილაზა (რუბისკო). სამწუხაროდ, ყველაზე მნიშვნელოვანის ტიტულთან ერთად, მას ყველაზე მოუხერხებლისა და მოუქნელი ცილის ტიტულიც აქვს. ისიც საინტერესოა, რომ რუბისკო მსოფლიოში ყველაზე ფართოდ გავრცელებული ცილაა.

რუბისკო ატმოსფეროში არსებულ ნახშირორჟანგს რიბულოზა-1,5-ბისფოსფატად (RuBP) გარდაქმნის. საქმე ისაა, რომ რეაქციების 20 პროცენტში რუბისკო შეცდომით ნახშირორჟანგის ნაცვლად, ჟანგბადს იერთებს.

ნახშირორჟანგის ნაცვლად ჟანგბადის მიერთება არა უბრალოდ დროის კარგვა, არამედ მცენარისთვის საზიანო პროცესია. ჟანგბადის მიერთების შედეგად მცენარეში გლიკოლატი და ამიაკი წარმოიქმნება, სამწუხაროდ, ორივე მათგანი ტოქსიკურია და მათ გასანეიტრალებლად მცენარე იძულებულია, რომ დამატებითი ენერგია და დრო დახარჯოს. ფოტოსუნთქვა სწორედ ამ პროცესს ეწოდება.

მცენარეებს უღირთ, რომ ფოტოსუნთქვისთვის დამატებითი ენერგია დახარჯონ, ტოქსიკური ნივთიერებები გაანეიტრალონ და გადარჩნენ. მათთვის ენერგიის ეს დანაკარგი საფრთხის შემცველი არ არის, რადგან ისინი სიცოცხლესა და გამრავლებას მაინც ახერხებენ. თუმცა, ჩვენ მცენარეებს საკვებად ვიყენებთ და ეს დანაკარგი ჩვენთვის საკმაოდ ღირებულია.

"მცენარეები ფოტოსუნთქვის პროცესში იმ ძვირფას ენერგიას ფლანგავენ, რომელიც მათ ფოტოსინთეზის პროცესში, საკვები ნივთიერებების წარმოსაქმნელად შეუძლიათ გამოიყენონ",- აცხადებს კვლევის მთავარი ავტორი და აშშ-ს სოფლის მეურნეობის დეპარტამენტის წარმომადგენელი პოლ სოუზი.

იმ უამრავ მცენარეს შორის, რომელსაც ფოტოსუნთქვა ახასიათებს, ვხვდებით სოიოს, ბრინჯსა და ხორბალს. ეს ის სამი მცენარეა, რომელზეც მთელი დედამიწის მოსახლეობა მნიშვნელოვნადაა დამოკიდებული.

აღსანიშნავია, რომ გლობალური დათბობის პირობებში ამ მცენარეების პროდუქტიულობა კიდევ უფრო დაიკლებს.

"რუბისკოს ნახშირორჟანგის ჟანგბადისგან გარჩევა მომატებული ტემპერატურის პირობებში კიდევ უფრო მეტად უჭირს, რაც გახშირებული ფოტოსუნთქვით და ენერგიის კიდევ უფრო მეტი დანაკარგით მთავრდება", - აცხადებს ილინოისის უნივერსიტეტის მეცნიერი და კვლევის თანაავტორი ამანდა კავანაგი.

წლების განმავლობაში არაერთი მცდელობა ყოფილა, რომ როგორმე ფოტოსუნთქვა თავიდან აგვერიდებინა. მაგალითად, არსებობენ გარკვეული ორგანიზმები, მათ შორის ბაქტერიებიც, რომლებსაც ფოტოსუნთქვის თავიდან ასარიდებლად სპეციალური მექანიზმები აქვთ განვითარებული.

მეცნიერებმა გადაწყვიტეს, რომ ფოტოსუნთქვის შესამცირებლად ახალი მიდგომა გამოეყენებინათ, რომელსაც RIPE ეწოდა. მათ იმ ორგანიზმებიდან, რომლებიც ფოტორესპირაციას ძალიან ეკონომიურად და ეფექტურად უმკლავდებიან, გარკვეული გენები ამოჭრეს და ისინი სხვა, ნაკლებად მოხერხებულ მცენარეებში გადანერგეს.

მეცნიერებმა გენების ნაწილი ბაქტერია ეშერიხია კოლისგან, ნაწილი კი სხვადასხვა მცენარისგან აიღეს და შექმნეს სამი გენეტიკურად მოდიფიცირებული ორგანიზმი.

მათ აღმოაჩინეს, რომ ერთ-ერთი ასეთი მცენარე, საკონტროლო მცენარეებთან შედარებით ბევრად უფრო პროდუქტიული გახდა. მასში მეტაბოლური აქტივობა 40 პროცენტით გაიზარდა. ეს მომატებული მეტაბოლური აქტივობა კი პირდაპირ კავშირშია გაზრდილ მოსავალთან.

აღნიშნული ექსპერიმენტი თამბაქოს მცენარეზე ჩატარდა. ჯერჯერობით უცნობია, მსგავს ეფექტს მოახდენენ თუ არა ეს გენები ისეთ მცენარეებშიც, როგორიც არის, მაგალითად, ხორბალი ან ბრინჯი, თუმცა შედეგები იმედისმომცემია.

კვლევა ჟურნალ Science-ში გამოქვეყნდა.