Praėjusį birželį JAV ūkininkas Aaronas Flansburgas pajuto, kaip pakilo temperatūra, ir žinojo, ką tai reiškia jo rapsų pasėliams. Penktos kartos ūkininkas Vašingtono valstijoje, esančioje šiaurės vakaruose, Aa.Flansburgas rapsus sėja vėsiomis vasaros pradžios savaitėmis. Tačiau praėjusiais metais jo laukus užklupo 42°C karštis kaip tik tuo metu, kai žiedai prasiskleidė. „Tokios temperatūros birželį mūsų regione beveik nepasitaiko“, – BBC sakė jis.
Geltoni žiedai sudžiūvo, dauginimasis sustojo, o daugelis sėklų, iš kurių galėjo būti spaudžiamas rapsų aliejus, taip ir nesusiformavo. Aa.Flansburgas surinko maždaug 272–363 kg derlių iš hektaro. Ankstesniais metais, esant idealioms oro sąlygoms, derlius siekė net 1225 kg iš hektaro.
Vienas dalykas mokslininkams darosi nerimą keliančiai aiškus: karštis yra žiedadulkių žudikas.
Tikėtina, kad prastą derlių lėmė daug veiksnių – visą vegetacijos sezoną vyravo karštis ir sausra. Tačiau vienas dalykas mokslininkams darosi nerimą keliančiai aiškus: karštis yra žiedadulkių žudikas.
Net ir esant pakankamam vandens kiekiui, karštis gali pakenkti žiedadulkėms ir trukdyti apvaisinti rapsus ir daugelį kitų augalų, įskaitant kukurūzus, žemės riešutus ir ryžius. Dėl šios priežasties daugelis ūkininkų siekia, kad pasėliai imtų žydėti prieš pakylant temperatūrai.
Tačiau dėl klimato kaitos pasaulio regionuose daugėja dienų, kai temperatūra pasiekia daugiau nei 32°C , o daugiadieniai ekstremalūs karščiai tampa vis dažnesni, todėl tinkamai parinkti laiką gali tapti sudėtinga, o gal net neįmanoma, rašo BBC.
Ant kortos pastatyta didžioji dalis mūsų mitybos.
Susidūrę su šiltesne ateitimi, mokslininkai ieško būdų, kaip padėti žiedadulkėms įveikti karštį. Jie atranda genus, kurie galėtų padėti sukurti karščiui atsparesnes veisles ir išvesti veisles, galinčias išgyventi žiemą ir žydėti prieš smogiant karščiui. Jie tiria tikslias žiedadulkių ribas ir net renka didelius kiekius žiedadulkių, kad, pagerėjus orams, galėtų jas išpurkšti tiesiai ant pasėlių.
Ant kortos pastatyta didžioji dalis mūsų mitybos. Kiekviena mūsų valgoma sėkla, grūdas ir vaisius yra tiesioginis apdulkinimo produktas, aiškina biochemikė Gloria Muday iš Šiaurės Karolinos Wake Forresto universiteto. „Svarbiausias parametras yra maksimali temperatūra dauginimosi metu“, – sako ji.
Sėklų kūrimas prasideda, kai žiedadulkės palieka augalo vyriškojo dauginimosi organo (kuokelio) žiedadulkes, nusileidžia ant moteriškojo dauginimosi organo (piestelės) lipniosios pažiedės ir pradeda auginti vamzdelį. Šį vamzdelį suformuoja viena ląstelė, kuri auga per dygliuką ir žemyn stiebeliu, kol galiausiai pasiekia kiaušintakį, kur perduoda žiedadulkės grūdo genetinę medžiagą.
Žiedadulkių vamzdelio augimas yra vienas sparčiausių ląstelių augimo pavyzdžių augalų pasaulyje, sako Markas Westgate'as, Ajovos valstybinio universiteto agronomijos profesorius emeritas. „Jis auga iki vieno centimetro per valandą, o tai neįtikėtinai greitai“, – sako jis.
Tokiam augimui reikia energijos. Tačiau kai temperatūra daugelyje pasėlių prasideda maždaug nuo 32°C, baltymai, užtikrinantys žiedadulkės grūdelio medžiagų apykaitą, pradeda irti, sako M.Westgate'as.
Iš tikrųjų karštis trukdo ne tik vamzdeliams augti, bet ir kitiems žiedadulkių vystymosi etapams. Rezultatas: žiedadulkės grūdelis gali taip ir nesusiformuoti, gali sprogti, neišauginti vamzdelio, gali sprogti išaugintas vamzdelis.
Ne visos veislės vienodai jautrios karščiui. Mokslininkai vis dar aiškinasi molekulinius mechanizmus, dėl kurių vienų veislių augalų žiedadulkės išgyvena, o kitų žūsta.
Pavyzdžiui, daugelio pomidorų veislių – pasėlių, kurie 2021 m. vien JAV užėmė 1 109 kv. km atvirų laukų – apvaisinimas yra labai jautrus karščiui. Jei oras bus per karštas, sako Šiaurės Karolinos pomidorų augintojų asociacijos prezidentas Randallas Pattersonas, „žiedadulkės sudegs“.
R.Pattersonas savo pomidorų sodinukus sodina taip, kad jie žydėtų, kai naktimis būna žemesnė nei 21°C temperatūra, o dienomis – žemesnė nei 32°C temperatūra. Paprastai jis turi nuo trijų iki penkių savaičių laikotarpį, per kurį orai palankūs kiekvienais dviem metiniais auginimo sezonais. „Jei bus karščiau ir jei naktimis bus daugiau nei 21°C šilumos, šis langas užsidarys“, – sako jis.
Mokslininkė G.Muday tiria mutavusio pomidorų augalo žiedadulkes, kurios gali padėti išlaikyti šį langą atvirą. 2018 m. jos komanda pranešė, kad antioksidantai, vadinamieji flavonoliai, atlieka svarbų vaidmenį slopinant labai reaktyvias deguonies turinčias molekulių, vadinamų reaktyviosiomis deguonies junginiais, skaičių, kurių priešingu atveju, esant aukštai temperatūrai, padaugėtų iki destruktyvaus lygio.
G.Muday dabar priklauso kelių universitetų komandai, siekiančiai atskleisti molekulinius mechanizmus ir pagrindinius genus, kurie padėtų pomidorų žiedadulkėms atlaikyti karščio bangą. Tikimasi, kad selekcininkai galės šiuos genus įtraukti į naujus, atsparesnius pomidorus.
Pradinio tyrimo įžvalgos jau padėjo G.Muday sukurti pomidorą, kuris gamina ypač daug flavonolių. „Atrodo, kad jie ypač gerai susidoroja su aukštos temperatūros stresu“, – sako ji.
Galiausiai mokslininkė tikisi, kad jie nustatys, jog kelias nuo karščio iki žiedadulkių žūties apima ne tik flavonolį ir reaktyvuosius deguonies junginius, bet ir daug kitų dalyvių, todėl gali būti daugybė dalykų, kuriuos galima būtų pataisyti.
Tuo tarpu pomidorų ir kitų kultūrų selekcininkai jau dabar stengiasi sukurti veisles, kurios galėtų geriau susidoroti su karščiu. „Jei ūkininkai Ramiojo vandenyno šiaurės vakaruose, kalnuotose valstijose ar aukštai lygumose ketina auginti žirnius, o klimatas bus šiltesnis, turime turėti žirnių, kurie būtų atsparesni karščiui“, – sako ankštinių augalų selekcininkė ir augalų genetikė Rebecca McGee.
Ankštiniams augalams priskiriamos džiovintos pupelės, žirniai, lęšiai ir avinžirniai. Šiems augalams nereikia daug drėgmės. Tačiau jei temperatūra per karšta, žiedadulkės nyksta, sako JAV sausųjų žirnių ir lęšių tarybos viceprezidentas Toddas Scholzas. Ta pati karščio banga, kuri praėjusiais metais nuniokojo ūkininko Aa.Flansburgo pasėlius, sunaikino ankštinių augalų derlių. Lęšių ir sausųjų žirnių derlius sumažėjo maždaug perpus, o avinžirnių – daugiau kaip 60 proc.
R.McGee veisia kai kuriuos savo žirnius ir lęšius, kad jie būtų atsparesni aukštai temperatūrai. Tačiau kituose projektuose ji laikosi kitokio, šiek tiek nelogiško požiūrio: augina šalčiui atsparius augalus.
JAV šiaurėje augintojai ankštinius augalus paprastai sėja pavasarį. R.McGee veisia žirnius, lęšius ir avinžirnius, kurie sėjami rudenį. Siekiama, kad šios veislės išgyventų žiemą, o vasaros pradžioje pradėtų žydėti ir turėtų galimybę sėkmingai apsidulkinti prieš karščio bangą.
Praėjusiais metais selekcininkė išleido sėklų gamintojams ribotą kiekį pirmųjų trijų rudenį sėjamų maistinių žirnių veislių, skirtų jos regionui. Ji sako, kad jos žydi maždaug dviem savaitėmis anksčiau nei dauguma pavasarį sėjamų žirnių ir duoda dvigubai didesnį derlių. Žinoma, ji sako, kad šie augalai negarantuoja, jog žydės iki atkeliaujant dideliems karščiams, tačiau nerimauti galima mažiau.
Mičigano valstybiniame universitete mokslininkė Jenna Walters tiria, kaip temperatūra veikia žiedadulkes – ir apdulkintojus – vaisių pasėliuose. 2018 m. Atminimo dienos savaitgalį pietvakarių Mičigano valstijoje laikėsi 35°C temperatūra, o bitės dūzgė tarp švelnių baltų žiedų kekšių ant mėlynių krūmų. Nuėmus derlių, daugelis vaisių buvo mažesni nei įprastai arba visai nesusiformavo. Valstijoje, kurioje per metus vidutiniškai užauginama apie 45 359 tonų šilauogių, augintojai surinko tik 29 937 tonas.
J.Walters – daktaro laipsnį turinti entomologijos, ekologijos, evoliucijos ir elgsenos mokslų daktarė – tiria, kas tiksliai nutiko. Ji pradėjo nuo to, kad nustatė šilauogių žiedadulkių grūdelių šilumos ribą – Petri lėkštelėse žiedadulkės buvo veikiamos įvairių temperatūrų ir 24 valandas stebėtos. Jos rezultatai, kurie dar nepaskelbti, rodo, kad esant aukštesnei nei 35°C temperatūrai mėlynių žiedadulkių vamzdeliai neauga.
J.Walters taip pat imitavo ūmią karščio bangą, kai žiedadulkių grūdelius keturias valandas veikė 37,5°C temperatūra, o po to dar 20 valandų sumažino temperatūrą iki 25°C. „Iš esmės grįžtamojo efekto nėra“, – sako ji. „[Šilumos] poveikio pakanka vos keturių valandų, kad žiedadulkės būtų pažeistos visam laikui“.
Dabar ji patvirtina šiuos rezultatus su tikrais šilauogių krūmais augimo kamerose, kuriose nustatyta skirtinga temperatūra. Jei rezultatai pasitvirtins, ji sako, kad 35°C temperatūra galėtų paskatinti augintojus periodiškai įjungti dulksnos sistemas laukams vėsinti. Tačiau jie turėtų apsvarstyti kompromisus.
„Daug patogenų plinta per didelę drėgmę arba vandenį, ypač žydėjimo pradžios laikotarpiu“, – sako ji. Be to, kai įjungti dulksnos aparatai, dauguma apdulkintojų greičiausiai nesilankys.
Gali būti, kad dėl perkaitusių šilauogių krūmų ilgainiui sumažės ir šilauogių apdulkintojų, sako J.Walters. Ji ir jos kolegos lygina karščio paveiktų ir nepaveiktų žiedadulkių maistingumą, ieškodami baltymų, angliavandenių ir kitų veiksnių, kurie gali būti labai svarbūs bičių sveikatai, skirtumų.
Šiais metais mokslininkė užpildys aštuonis 1,8 x 3,7 m tinklinius narvelius su daugiau nei dviem dešimtimis vazoninių šilauogių krūmų ir keliomis mėlynųjų sodo bičių – vienos iš daugelio bičių rūšių, kurios apdulkina šilauogių žiedus – patelėmis. Keturias ar penkias savaites po keturias valandas per dieną ji sėdės prie šių narvelių ir stebės, kaip bitės deda kiaušinėlius ir ieško žiedadulkių ant krūmų, kurių pusė narvelių žydėjimo pradžioje patyrė karščio stresą.
Mokslininkė sako, kad jei karštis sunaikina žiedadulkes, dėl mitybinio streso bičių patelės dės daugiau vyriškų kiaušinėlių, kuriems pagaminti reikia mažiau žiedadulkių. Tačiau vyriškosios mėlynosios sodo bitės yra mažiau naudingos šilauogių augintojams, nes tik patelės apdulkina ir deda kiaušinėlius kitai kartai pradėti. J.Walters sako, kad norėdami kompensuoti žiedadulkių praradimą, augintojai gali apsvarstyti galimybę sodinti laukinių gėlių juostas, kurios yra atsparesnės karščiui ir galėtų apdulkintojams suteikti papildomų maistinių medžiagų.
Taip pat yra keletas technologinių sprendimų. M.Westgate'as yra Ajovoje įsikūrusios agrotechnologijų bendrovės „PowerPollen“, kuri daugiausia dėmesio skiria hibridinių kukurūzų sėklų – augalų, kurių žiedadulkės žūsta esant aukštesnei nei 40°C temperatūrai – augintojų apdulkinimui gerinti, vyriausiasis mokslo darbuotojas.
Naudodama prie traktoriaus pritvirtintą žiedadulkių surinkimo įrenginį, bendrovė laukuose surenka didelius kiekius subrendusių žiedadulkių, o paskui šiuos gyvus žiedadulkių grūdelius saugo kontroliuojamoje aplinkoje. „PowerPollen“ grįžta naudoti šių žiedadulkių, kai oro sąlygos palankios apvaisinimui – paprastai ne vėliau kaip per penkias dienas po surinkimo. Šis laikotarpis atrodo trumpas, tačiau ūkininkai gali išvengti ypač karštos dienos. Įmonė stengiasi pratęsti šį laikotarpį ir pritaikyti savo technologiją kitoms kultūroms.
Kai kuriems paprastesnis sprendimas gali būti visiškai pakeisti pasėlius. „Yra ankštinių augalų, kurie auga atogrąžų klimate, todėl gali būti, kad rinksitės kitą veislę“, – sako T.Scholzas. Tačiau jis pažymi, kad kai kuriems ankštiniams augalams, atspariems karščiui, pavyzdžiui, fava pupelėms ir juodiesiems žirniams, reikia daugiau drėgmės, nei Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų sausumos ūkininkai gali suteikti.
Ūkininkas Aa.Flansburgas Vašingtone, nenori pereiti prie kitos ūkio produkcijos. Jis ir toliau tikisi, kad selekcijos pastangos padės jam toliau auginti rapsus ir kitus augalus, kuriuos jo šeima augino iš kartos į kartą. Vis dėlto jis nerimauja dėl ateities.
„Yra bendras besikeičiančio klimato vaizdas, į kurį turėsime atsižvelgti ir su juo susidoroti, jei norime ir toliau maitinti žmones, – sako jis. – Tiesiog yra riba, kiek šilumos gali priimti augalas.“
