На пръв поглед те са идентични с всички други житни класове, които се люлеят от вятъра по света. Но огромните полета с култури в североизточен Китай не са обикновени растения – те са създадени в открития космос.
Те са сорт, известен като Luyuan 502 и са вторият най-широко отглеждан вид пшеница в Китай. Растенията са отгледани от семена, които са били изстреляни в орбита на 340 км над повърхността на Земята. Тук, в уникалната среда с ниска гравитация и извън защитния магнитен щит на нашата планета, тяхната ДНК фино се е променила. Това е дало на семената нови качества, които са ги направили по-толерантни към сушата и способни да устояват по-добре на определени болести.
Те са пример за нарастващ брой нови сортове на важни хранителни култури, които се отглеждат в космически кораби и космически станции, докато обикалят около нашата планета. Тук те са подложени на микрогравитация и са бомбардирани от космически лъчи, които предизвикват растенията да мутират – процес, известен като космическа мутагенеза.
Докато някои от мутациите увреждат растенията, други могат да бъдат полезни. Някои стават по-издръжливи и способни да издържат на по-екстремни условия на отглеждане, докато други произвеждат повече храна от едно растение или растат по-бързо, или изискват по-малко вода. Когато се върнат на Земята, семената от тези отгледани в космоса растения се подлагат на внимателен скрининг и допълнително размножаване, за да се създадат жизнеспособни версии на популярни култури.
В свят, изправен пред нарастващ натиск върху селското стопанство поради изменението на климата и уязвимите вериги на доставки, които подчертаха необходимостта културите да се отглеждат по-близо до мястото, където се консумират, някои изследователи сега смятат, че космическото размножаване, известно още като космическа мутагенеза, може да помогне за адаптирането на културите към тези нови условия.
„Космическата мутагенеза създава красиви мутагенези“, казва Лиу Луксианг, водещ китайски експерт по космическа мутагенеза и директор на Националния център по космическа мутагенеза за подобряване на културите към Китайската академия на селскостопанските науки в Пекин.
Сортът Luyuan 502, например, има 11% по-висок добив от стандартния сорт пшеница, отглеждан в Китай, по-добра толерантност към суша и по-голяма устойчивост срещу най-често срещаните вредители по пшеницата, според Международната агенция за атомна енергия , която координира международното сътрудничество в използване на техники, базирани на облъчване, за създаване на нови видове култури.
„Luyuan 502 е истинска история на успеха“, казва Лиу. „Има много висок потенциал за добив и адаптивност. Може да се култивира в много различни райони с различни условия.“
Тази адаптивност е това, което прави Luyuan 502 такъв хит сред фермерите в изключително разнообразните земеделски пейзажи и разнообразния климат на Китай.
Това е само един от повече от 200 мутирали в космоса сортове култури, създадени в Китай през последните 30 години, според Лиу. Освен пшеница, китайски учени са произвели отгледани в космоса ориз, царевица, соя, люцерна, сусам, памук, дини, домати, сладки пиперки и други видове зеленчуци.
Китай експериментира с космическа мутагенеза от 1987 г. и е единствената страна в света, която постоянно използва техниката. Оттогава страната е извършила десетки мисии за пренасяне на семена от култури в орбита. Китайски учени пуснаха първата отгледана в космоса култура – вид сладък пипер, наречен Yujiao 1 – през 1990 г. В сравнение с конвенционалните сортове сладки пиперки, отглеждани в Китай, Yujiao 1 дава много по-големи плодове и е по-устойчив на болести, казва Лиу.
Появата на Китай като глобална космическа сила през последните десетилетия му позволи да изпрати хиляди семена в орбита. През 2006 г. страната изстреля в орбита най-голямата си партида досега – повече от 250 кг семена и микроорганизми от 152 вида – на борда на спътника Шиджиян 8. През май тази година 12 000 семена , включително няколко вида трева, овес, люцерна и гъбички, се завърнаха от шестмесечно посещение в китайската космическа станция като част от мисията Shenzhou 13 с екипаж.
Китайците дори изпратиха партида оризови семена за обиколка на Луната с мисията Chang’e-5, която постави спускаем апарат на повърхността на Луната през ноември 2020 г. Според китайските новини тези лунни оризови семена успешно дават зърно в лаборатория след завръщането им на Земята.
Семената се изпращат на пътувания с продължителност от само четири дни до няколко месеца. В тази необичайна среда могат да се случат редица промени със семената и растенията. Първо, високоенергийната слънчева и космическа радиация може да увреди генетичния материал в самите семена, което води до мутации или хромозомни аберации, които се предават на бъдещите поколения. Околната среда с ниска гравитация може да доведе и до други промени. Растенията, които покълват и се отглеждат в микрогравитация, показват промени в клетъчната форма и организацията на структурите в самите клетки .
В повечето случаи китайските учени летят със семената в космоса и след това ги карат да покълнат, след като бъдат върнати на Земята. След това разсадът се проверява за полезни характеристики, които осигуряват предимство пред по-традиционните сортове култури. Учените търсят промени, които водят до по-големи плодове, по-ниски изисквания за поливане, по-добри хранителни профили, устойчивост на високи и ниски температури или устойчивост срещу болести. В някои случаи редки мутации могат да доведат до пробиви в добива или устойчивостта на културите.
Най-обещаващите растения се отглеждат допълнително, докато изследователите стигнат до значително подобрен вариант, който може да отговори на нуждите на фермерите.
Китай обаче, въпреки че в момента е лидер в космическата мутагенеза, не беше първата нация, която експериментира с космическо размножаване. Техниката датира от някои ранни експерименти, проведени от американски и съветски учени с използване на клетки от моркови, изстреляни в орбита на борда на съветския сателит Космос 782 .
Подходът се основава на същите принципи като ядрената мутагенеза , която съществува от края на 20-те години на миналия век. Ядрената мутагенеза ускорява естествените процеси на мутация в ДНК на живите организми, като ги излага на радиация.
Но докато ядрената мутагенеза използва гама лъчи, рентгенови лъчи и йонни лъчи от земни източници, космическата мутагенеза разчита на бомбардирането от космически лъчи, които изпълват пространството около нашата планета. На Земята ние сме защитени от тези високоенергийни лъчи от магнитното поле на Земята и нейната гъста атмосфера, но в орбита космическите кораби и сателитите са постоянно изложени на тази радиация, която идва предимно от Слънцето.
Както космическата, така и ядрената мутагенеза могат да помогнат за съкращаване на времето за развитие на нови сортове култури до половината, според Шоба Сивасанкар, който ръководи съвместната група за селекция на растения и генетика на Международната агенция за атомна енергия (МААЕ) и Храна и земеделие Организация на Обединените нации (FAO).
Ядрените лаборатории на МААЕ в Зайберсдорф, на 21 мили (35 км) югоизточно от Виена, Австрия, са глобалният център, в който освен това се провеждат обучения по ядрен мутагенез. Сътрудничещите страни, които не притежават собствени ядрени съоръжения, изпращат своите семена, резници от растения или разсад на екипа на Сивасанкар за облъчване.
„Отнема само няколко минути, за да облъчите семената, но изисква достатъчно познания и опит“, казва Сивасанкар. „Всеки сорт има различна толерантност. Дайте на семената доза, която е твърде висока, ако ги държите в облъчвателя твърде дълго, ще ги унищожите. Те няма да покълнат. Ако не им дадете достатъчно радиация, няма да генерират достатъчно мутации и в крайна сметка ще получат поколение, което ще изглежда точно като предшествениците.“
Китай вижда усилията за подобряване на генетичния фонд на своите селскостопански култури като необходимост. Според Лиу и неговия екип светът трябва да увеличи производството си на жизненоважни зърнени култури със 70%, ако иска да изхрани допълнителни два милиарда души, които се очаква да живеят на планетата до 2050 г. Нарастващото население в Азиатско-тихоокеанския регион е с най-висок риск от недостиг на храна, казват те.
Чрез ядрена и космическа мутагенеза само Китай е разработил и въвел над 800 нови сорта, подобрявайки всички ключови характеристики в сравнение с оригиналните култури, според МААЕ.
