ثمار المستقبل كيف تغير التكنولوجيا الحيوية البساتين ومزارع التوت

أولاً، بعض الأرقام: اليوم في العالم وتشغل مزارع الفاكهة والتوت حوالي 55 مليون هكتار – عمليا ساحة فرنسا. من هؤلاء 9.5 مليون من الحمضيات: البرتقال والليمون واليوسفي. عام الحصاد يتجاوز 200 مليون طن – هذه كتلة من الفاكهة يمكنها أن تملأ خط السكة الحديد بين موسكو ونوفوسيبيرسك عدة مرات.

اليوم، يأتي البرتقال اللذيذ إلى روسيا من تركيا المشمسة. في وادي فينيكي، حيث تنحدر الجبال إلى البحر، تتم زراعة الفواكه ذات اللحاء الرقيق والحلو بشكل لا يصدق منذ أكثر من 80 عامًا. لا يتم استخدام الأسمدة الكيماوية هنا – فالتربة الخصبة وشمس البحر الأبيض المتوسط ​​اللطيفة تقوم بهذه المهمة بشكل أفضل من أي دواء. ومع ذلك، فإن مثل هذه الظروف المثالية هي الاستثناء. معظم مزارع الفاكهة والتوت الحديثة لا تشبه حدائق البحر الأبيض المتوسط ​​المثالية.

في القرن الحادي والعشرين، تظهر الروبوتات في الحقول، وتدور الطائرات بدون طيار في الأعلى، ويتم تحرير الجينوم في المختبرات ويتم إنشاء مستنسخات نباتية. كل ثمرة فراولة أو كمثرى في القرن الحادي والعشرين تكاد تكون كائنًا إلكترونيًا. تنمو الثمار في أماكن غير متوقعة على الإطلاق: في شبه الصحارى القاحلة، حيث من المتوقع هطول الأمطار لمدة عشرة أشهر، وفي مملكة التربة الصقيعية الجليدية، حيث تشبه الأرض الحجر.

لماذا أصبحت البرازيل المورد الرئيسي للمانجو

قبل نصف قرن، كانت البرازيل معروفة بأنها بلد القهوة والكاكاو وقصب السكر، وكان وادي ساو فرانسيسكو يعتبر شبه صحراوي. المناخ هنا حار، والتربة سيئة، ولم يشعر بالراحة إلا الصبار.

تغير كل شيء مع بناء سد سوبرادينيو، أحد أكبر الخزانات في أمريكا الجنوبية. المياه القادمة من هذه البحيرة عبر شبكة من القنوات الممتدة على مسافة 700 كيلومتر – تقريبًا المسافة بين سانت بطرسبرغ وموسكو – تحول الصحراء إلى عشرات الآلاف من الهكتارات من الحقول الخصبة.

وتشغل بساتين المانجو الحالية ما يقرب من 60 ألف هكتار – مساحة عشرة باريس، وتمتد مزارع الكروم على مساحة 15 ألف هكتار، وهي مساحة تضاهي مساحة سوتشي. هنا يحصد المزارعون العديد من محاصيل المانجو و2-3 محصول عنب سنويًا.

سر النجاح هو اتحاد الماء والشمس. وفي وادي ساو فرانسيسكو، تشرق الشمس لمدة 10 ساعات يوميا، وتتوفر المياه على مدار السنة.

ويتم التحكم في الري بواسطة أجهزة استشعار وجهاز كمبيوتر يقيس رطوبة التربة ودرجة حرارتها، وينظم توصيل الرطوبة والمواد المغذية مباشرة إلى الجذور. هذا النوع من الري بالتنقيط والتسميد يقلل من التبخر ويسمح بتوصيل الأسمدة إلى المكان المقصود بالضبط.

المزارع الحديثة مجهزة بمحطات الأرصاد الجوية والكاميرات. تقوم الشبكات العصبية بتحليل الصور، وتسجيل الأضرار التي لحقت بالفواكه، والتحذير من الآفات والأمراض. عندما تظهر عدوى فطرية بعد هطول الأمطار، يستخدم المزارعون أدوية منخفضة السمية، مما يمنع تفشي المرض مسبقًا.

للتأكد من أن الكمثرى تؤتي ثمارها في المناخات الحارة، يقوم المهندسون الزراعيون بتقليد الربيع القصير عن طريق تثبيط نمو البراعم باستخدام مثبطات وتوجيه التغذية إلى براعم الزهور، ثم تحفيز الجذور بالمستحضرات العضوية. بفضل هذا، تتفتح الكمثرى مرتين في السنة.

لكن النباتات نفسها مهمة أيضًا: إذ يختار المربون الشتلات المقاومة للجفاف والأمراض، ويعبرونها ويحللون جينوماتها. تحتفظ بنوك الموارد الوراثية في البرازيل بعشرات الآلاف من المدخلات: مئات الأصناف من المانجو والعنب، بالإضافة إلى فاكهة الباشن فروت والأناناس والموز والفراولة. يختار العلماء أنماطًا وراثية واعدة، ويقومون بإجراء التهجين وتسلسل الحمض النووي للحصول على أصناف جديدة مناسبة للمناخات الحارة ومتواضعة للأمراض. وعلى مدار أربعين عامًا، تحولت البلاد من مستورد إلى أحد أكبر مصدري الفاكهة.

كيف وصل مجد جنة التفاح إلى الصين؟

تعد الصين بطلة في إنتاج التفاح والعديد من الفواكه الأخرى. ظهرت هنا حدائق فائقة الكثافة: تُزرع 3500 شجرة قزمة على هكتارات بمسافات صغيرة جدًا من بعضها البعض – 50-100 سم بين الأشجار، وما يصل إلى مترين بين الصفوف. يتم تثبيت الأشجار على تعريشة بحيث تنمو الفروع إلى الأعلى، وتوضع شبكات فوقها لحماية الثمار من الطيور. تبدأ أشجار التفاح المدمجة في أن تؤتي ثمارها في السنة الأولى، ويكون إنتاجها أعلى بعشر مرات من إنتاج البساتين التقليدية.

كما أن إدارة هذه الحدائق دقيقة للغاية: حيث يوفر الري بالتنقيط المياه والأسمدة قطرة قطرة، مع مراعاة رطوبة التربة ومرحلة النمو. ويستخدم المهندسون الزراعيون طائرات بدون طيار مزودة بكاميرات تحلق فوق الأشجار وتقيس كمية الضوء التي تمتصها الأوراق. إذا انخفض مؤشر الورقة الخضراء (NDVI)، فإن الذكاء الاصطناعي يشير إلى وجود مشكلة: نقص الرطوبة أو المرض. يبني البرنامج خريطة بإحداثيات ويقدم تدابير فردية – إطعام شجرة وعلاج أخرى. لقد أصبحت هذه الحدائق مصانع حقيقية في الهواء الطلق، حيث تتم إدارة كل مصنع وفقًا لخطة فردية.

إسرائيل: طائرات بدون طيار بدلاً من النحل

وتستخدم المزارع الإسرائيلية بالفعل طائرات بدون طيار للملقحات، التي تحل محل النحل وتقوم برش حبوب اللقاح بدقة. تعمل الطائرات بدون طيار في مجموعات، وتزامن تحركاتها، وتعمل حتى عندما تكون الحشرات مختبئة من الرياح والأمطار.

تقوم الروبوتات التي تعمل بالذكاء الاصطناعي باختيار التوت والفواكه بعناية: حيث تقوم الكاميرات بتقييم النضج، ويقوم المتلاعبون بنزع الفاكهة وإرسالها إلى الحاوية. هناك آلات مجهزة بستة عشر ذراعًا يمكنها قطف التوت لمدة عشرين ساعة يوميًا، لتحل محل فريق كامل. تذكرنا الدفيئات الزراعية التي تعمل فيها هذه الأجهزة على مدار الساعة بالدفيئات الفضائية: يتعين على الشخص فقط زرع بذرة ومراقبة جدول الحصاد.

الفراولة في التربة الصقيعية: هل أنت جاد؟

في ياقوتيا، يتم حصاد الفراولة العطرية على مدار العام منذ عدة سنوات، ويصل متوسط ​​وزن التوت إلى خمسة وعشرين جرامًا!

لقد أصبح هذا ممكنا مع مجمع الدفيئة الجديد، حيث تحافظ التكنولوجيا المتطورة على المناخ المحلي. جدران سميكة مع وسادة هوائية تحمي من البرد الخارجي، ونظام التحكم في المناخ ينظم درجة الحرارة والرطوبة والإضاءة، وأربع دوائر تسخين ووحدات مكبس غاز تسمح لها بمقاومة الصقيع حتى – 64 درجة مئوية.

لا تنمو النباتات في الأرض، ولكن في الركيزة جوز الهند: يتم توفير محلول المغذيات من خلال الأنابيب – وهذا هو الزراعة المائية.

يمكنك التحكم في الضوء والحرارة عن بعد من خلال برنامج خاص: ما عليك سوى لمس الشاشة، وتنطفئ المصابيح أو تضيء تدريجيًا.

يحاول الشماليون بالفعل زراعة البطيخ والبابايا وحتى الليمون – وهي نباتات بدت في السابق مستحيلة في خطوط العرض هذه. بالإضافة إلى ذلك، يقومون بتجربة إضافة اليود العضوي: هناك نقص في هذا العنصر في الشمال، ويمكن أن يساعد التوت المدعم الناس.

لماذا المستنقعات مفيدة

في روسيا، هناك قصة أخرى عن تطوير الأراضي “غير المناسبة” – مستنقعات منطقة كوستروما. قرر المزارعون المحليون أن أراضي الخث الشاسعة يمكن أن تصبح موطنًا للتوت البري والتوت البري.

يتحمل التوت الأزرق ذو الأوراق الضيقة الصقيع حتى -40 درجة مئوية، ويتمكن من الازدهار وإنتاج محصول في الصيف الشمالي القصير. ينمو على الخث المطحلب بدون أسمدة، وتشكل المفطورة فطريات فطرية: تتشابك خيوط الفطر مع الجذور وتسحب الرطوبة والمواد المغذية، وتشترك شجيرة التوت في السكريات.

التوت الأزرق ضيف من إستونيا، لذلك لا تعرفه الآفات المحلية، ولا حاجة إلى معالجة كيميائية.

توت بري كبير يشعر بنفس القدر من الروعة. موسم نمو التوت البري قصير، لذلك ليس لدى الآفات وقت للتطور، والحصاد نظيف. في الخريف، تغمر الحقول، ويحرك الجرار الماء، ويتساقط التوت ويطفو، ويتم جمعه بالشباك.

ندرة أخرى تنمو في المستنقعات – أميرة القطب الشمالي، أو مامورا. طعمه يشبه خليط الأناناس والفراولة، وتركيبته غنية بالفيتامينات C وE والأنثوسيانين والزيوت الأساسية.

في الأيام الخوالي، كان بإمكان الأمراء منح العفو للسجين مقابل كيلوغرام – وكان من الصعب جدًا جمع مثل هذه الكمية من التوت البري. قام المربون المعاصرون بتصحيح هذا الظلم: لقد عبروا الأصناف الفنلندية والسويدية وطوروا كوستروما “جالينا” التي تؤتي ثمارها بكثرة. طورت أكاديمية Timiryazev طريقة للتكاثر المتسارع بدون فيروسات. من العديد من الخلايا المرستيمية يتم الحصول على آلاف الشتلات التي يتم زراعتها في المزارع.

تُستخدم طريقة النسيلة الدقيقة هذه أيضًا في الزيتون والتين والعنب وخاصة الفراولة: إن التكاثر في أنابيب الاختبار يتجنب الانحطاط والمرض.

كيف يتم استكمال التكنولوجيا بالوراثة

منذ آلاف السنين، أثر البشر على وراثة النباتات دون أن يعرفوا حتى وجود الجينات. منذ 10000 عام، اختار المزارعون الحبوب الأكثر صلابة وزرعوا البذور من النباتات التي تتمتع بأفضل الصفات. في وقت لاحق، بدأوا في عبور الأنواع ذات الصلة الوثيقة، وإنشاء أنواع جديدة. كانت هذه العملية بطيئة: فقد استغرق إنشاء صنف جديد عقودًا بسبب الاختبارات اللازمة.

تغير كل شيء في عام 2012، عندما ظهر كريسبر/كاس9.

بدأ العلماء اليابانيون تاريخ هذه التكنولوجيا في عام 1987، بعد أن اكتشفوا تسلسلات متكررة غير عادية في الحمض النووي لبكتيريا الإشريكية القولونية. ثم، في عام 2007، اتضح أنها مرتبطة بمناعة البكتيريا ضد الفيروسات: تتذكر الميكروبات الشفرة الجينية للعدو وتستخدم بروتين Cas9 خاصًا مثل المقص.

الآن يسمح لك هذا النظام بتحرير الحمض النووي للنباتات والحيوانات والبشر بدقة.

على عكس الكائنات المعدلة وراثيا، حيث تتم إضافة الجينات الأجنبية، يقوم كريسبر بتصحيح جيناته الخاصة عن طريق إزالة أو تغيير المناطق الصغيرة. تم بالفعل إنشاء التوت الأسود بدون بذور، والتوت بنكهات جديدة، والتفاح الأبيض الذي لا يتحول إلى اللون البني. الموز الذي لا يفسدوالأصناف التي تتحمل البرد والجفاف بشكل أفضل. مثل هذه التعديلات تقلل من وقت التكاثر إلى خمس إلى عشر سنوات.

هناك أيضًا تجارب محددة جدًا. نعم، وخاصة بالنسبة للمريخ ابتكر مهندسو الوراثة نوعًا جديدًا من الأرز, لقد ظهر بديل اللحوم الميكروبية و الكارب بدون عظام خطيرة.

ولكن وراء كل معجزة جديدة هناك سؤال: ما مدى استعدادنا لتغيير الطبيعة؟ أين هو الخط الفاصل بين التحسين والتدخل؟

يتطلع البعض بفارغ الصبر إلى التفاح الأبيض والفراولة بنكهة الخوخ، بينما يخشى البعض الآخر من فقدان الخصائص الفريدة للأصناف القديمة.

ومع ذلك، تظل الحقيقة: بفضل العلم، يمكننا قطف البرتقال في الوديان الدافئة، والمانجو في شبه الصحارى، والفراولة في التربة الصقيعية، والتوت البري والتوت البري في المستنقعات، والتفاح والعنب في المصانع في الهواء الطلق.

إن ثمار المستقبل تنضج بالفعل. فهي تنمو على الفروع التي تتلقى الغذاء قطرة قطرة، تحت العين الساهرة للشبكات العصبية. وتظهر في بنوك الأصول الوراثية، وفي أنابيب الاختبار، وفي البيوت الزجاجية خارج الدائرة القطبية الشمالية. ويذكروننا أن مستقبل الزراعة هو مزيج من الطبيعة والتكنولوجيا، والصبر والفضول، والرعاية الدقيقة، والتجربة الجريئة.

مكسيم نزاروف بناءً على مواد من مشروع قناة العلوم “إطعام الكوكب. الصناعة الضخمة”