سویای تراریخته و فتوسنتز

گیاهان موجوداتی ساکن هستند و به همین دلیل اغلب کم‌اهمیت تلقی می‌شوند. به نظر می‌رسد که آنها صرفاً در یک‌جا می‌نشینند و با توجه به نقش آب‌وهوا، اشتهای گیاه‌خواران، لطف حشرات و مهارت کشاورزان و باغبانان رشد می‌کنند. اما این تنبلی آنها ظاهری است. گیاهان از درون بی‌نهایت فعال هستند. سبک ساکن زندگی آنها چنین چیزی را اقتضا می‌کند. آنها باید همیشه در فرآیندهای بیوشیمیایی خود را با تغییراتی سازگار کنند که حیوانات در برابر آنها صرفاً می‌دوند، شنا می‌کنند، می‌خزند یا پرواز می‌کنند.  دانستن چگونگی انجام این کار به وسیله گیاهان از نظر علمی جذابیت زیادی دارد. این امر به آنها کمک می‌کند همانند کاری که انسان‌ها در 10 هزار سال گذشته انجام داده‌اند نه‌تنها شکل ظاهری و اندازه اعضای قلمرو خود، بلکه فعالیت‌های درونی خود را هم تغییر دهند. توان بالقوه این تغییرات در مطالعه خارق‌العاده استفان لانگ و همکارانش از دانشگاه ایلینویز که به تازگی در نشریه ساینس (Science) انتشار یافت نشان داده شده است. تیم دکتر لانگ از دستکاری ژنتیکی برای بهبود روش برخورد گیاه سویا با تغییرات شدت نور استفاده کرد و موفق شد بازدهی آن را به میزان قابل ملاحظه‌ای افزایش دهد. آنها این کار را نه در یک آزمایشگاه، بلکه در مزرعه انجام دادند. حتی یک یا دو درصد افزایش بازدهی برای پرورش‌دهندگان گیاه اهمیت زیادی دارد. اکثر گونه‌های مورد مطالعه دکتر یانگ بیش از 20 درصد و یک‌گونه تا یک‌سوم افزایش بازدهی داشتند. این اعداد در جهانی که در آن جمعیت روزبه‌روز بیشتر می‌شود و در معرض خطر از دست رفتن مقادیر زیادی از زمین‌های کشاورزی قرار دارد معنای زیادی دارند. شاید تعجب‌آور باشد که بشنوید گیاهان از تغییرات نور و سایه‌ هراس دارند. سلول‌های خورشیدی که همانند برگ گیاهان با استفاده از نور خورشید و انرژی دادن به الکترون‌ها کار می‌کنند در نور زیاد انرژی بیشتر و در سایه انرژی کمتری تولید می‌کنند. اما فتوسنتز بیولوژیکی در مقایسه با سیلیکون‌های نیمه‌رسانا حساسیت بیشتری نسبت به نور دارند. وقتی برگی که در سایه قرار دارد ناگهان در معرض نور خورشید قرار بگیرد این خطر وجود دارد که سامانه فتوسنتز داخل آن فیوز بسوزاند. و از آنجا که خورشید در آسمان حرکت می‌کند و باد می‌وزد چنین گذاری از آفتاب به سایه و برعکس نه یک استثنا بلکه امری عادی تلقی می‌شود. بنابراین گیاهان نوعی سپرهای ایمنی در خود دارند که انرژی را از سامانه فتوسنتز دور و آن را به شکل گرما پراکنده می‌کند. اما این سپرهای هوشمند آهسته عمل می‌کنند. در گیاه سویا پس از تابش آفتاب چند دقیقه طول می‌کشد تا این سپرها فعال شوند. زمان غیرفعال شدن آنها پس از بازگشت سایه از این هم طولانی‌تر است. وقتی سرعت فعال شدن آنها بسیار کم باشد نوری که به لایه‌های درونی برگ می‌رسد سامانه فتوسنتزی را بیش از حد تحریک کرده و به آن آسیب می‌زند و وقتی آنها دیر غیرفعال شوند آخرین نوری که برگ می‌تواند از آن بهره‌مند شود به شکل گرما هدر خواهد رفت.

دکتر لانگ و تعداد زیادی از همکاران آزمایشگاهی او مدت‌های زیادی را برای بهبود عملکرد سپرها صرف کردند. هدف اصلی آنها آن بود که سرعت غیرفعال شدن سپرها را بالا ببرند. هرچه اقدامات حفاظتی سپرها پس از قرار گرفتن برگ در سایه بیشتر طول بکشد فتوسنتز کمتری انجام می‌شود. تیم دکتر لانگ در سال 2016 گزارش داد که توانسته است نسخه‌های بیشتری از ژن‌های مرتبط با این فرآیندها را در گیاه تنباکو وارد کند. دستکاری ژنتیکی تنباکو آسان‌تر از دیگر گیاهان است. برگ‌های گونه‌های دستکاری‌شده در مقایسه با برگ‌های تنباکوی معمولی در زمان قرار گرفتن در سایه بسیار سریع‌تر به اوج فعالیت خود بازمی‌گشتند. همچنین گونه‌های دستکاری‌شده رشد قدرتمندی نسبت به گونه‌های کنترل داشتند. اما هنوز تردیدهایی درباره چرایی این پدیده وجود داشت و این پرسش باقی بود که آیا دستکاری ژنتیکی دیگر بذرها باعث می‌شود که آنها هم انرژی مازاد به‌دست‌آمده را برای تولید دانه‌های بیشتر یا بزرگ‌تر مصرف کنند.  تازه‌ترین آزمایش‌ها با دانه‌های سویا برای رفع چنین تردیدهایی طراحی شدند. دکتر لانگ و همکارانش تجربه ژنتیکی خود را از آزمایش‌های تنباکو به گونه‌ سویای ماوریک (Maverick) انتقال دادند که دستکاری ژنتیکی آن در مقایسه با دیگر گونه‌ها آسان‌تر است. تنوع دستکاری‌ها نشان می‌داد که اگر همان ژن‌ها به یک گیاه وارد شوند لزوماً نتایج یکسانی به‌دست نمی‌آید بنابراین پژوهشگران مجموعه‌ای از شاخه‌های ژنی را خلق کردند. در سال 2020 آنها هشت‌ گونه را در مزرعه دانشگاه کاشتند. 

وقتی زمان برداشت فرا رسید پژوهشگران متوجه شدند که پنج گونه از هشت گونه آزمایش بازدهی به مراتب بیشتری از گونه‌های کنترل دستکاری‌نشده دارند در حالی که در سه گونه دیگر هیچ بهبودی به‌دست نیامد. میانگین افزایش بازدهی در پنج نمونه موفق 5 /24 درصد بود. این رقم در بهترین نمونه عملکردی به 33 درصد رسید. آنها در سال بعد همان آزمایش را تکرار کردند اما هیچ بهبودی مشاهده نشد اما این امر یکی از رویدادهای نادری بود که نشان می‌داد وجود یک استثنا هم می‌تواند یک قاعده را اثبات کند. محصول سال 2020 بازدهی بیشتری داشت چون دانه‌های بیشتری تولید کرد. در سال 2021 در آستانه زمانی که قرار بود بذرها تولید شوند از غلاف دانه‌ها مشخص بود که قرار است همان نتیجه تکرار شود. اما متاسفانه وقوع یک طوفان گیاهان را از بین برد. 

این تلاش‌ها به سویا محدود نمی‌شوند. برنج و گندم در نوبت قرار گرفته‌اند. بنیاد بیل و ملیندا گیتس که حمایت مالی از آزمایشگاه دکتر لانگ را بر عهده دارد از کارهای مربوط به فناوری ژنتیکی این دانه‌ها و دیگر محصولات و ارائه آنها به کشاورزان به ویژه کشاورزان فقیر پشتیبانی می‌کند. این اولین‌بار نیست که افزایش فرآیند فتوسنتز به افزایش بازدهی محصولات می‌انجامد. دکتر لانگ به آزمایش مشابهی در سال 2020 درباره برنج اشاره می‌کند اما هنوز فضای زیادی برای کار وجود دارد. گیاهان و حیواناتی که در مزرعه پرورش داده می‌شوند یک هدف خاص و محدود را دنبال می‌کنند و قرار نیست یک زندگی کامل را بگذرانند. شاید افزایش فتوسنتز در یک گیاه وحشی غیرمنطقی باشد اما در یک محصول کشاورزی کاملاً منطقی است چون این گیاهان برای انسان‌ها زندگی می‌کنند نه برای خودشان. و اگر افزایش فتوسنتز بدان معنا باشد که آنها می‌توانند زنده بمانند و انسان‌های بیشتری را تغذیه کنند چنین اقدامی پسندیده و مناسب خواهد بود.