Een doorbraak in de agrarische wetenschap zou de crisis van de wereldwijde bevolkingsexplosie en verminderde voedselvoorraden kunnen oplossen. Zal het publiek dat accepteren?
Een van de heikelste problemen die de mens in de komende decennia te wachten staat, is de vraag hoe de wereldbevolking te voeden. Die zal naar verwachting met 3,6 miljard mensen toenemen tegen het einde van de eeuw. Volgens de Verenigde Naties zal de voedselproductie tegen 2050 moeten verdubbelen om aan de vraag te kunnen voldoen. Dat wordt een hele opgave. De ergste gevolgen van de klimaatverandering op de landbouw zijn nog niet eens in werking getreden en bovendien wordt landbouwgrond steeds zeldzamer. Nu al lijden 800 miljoen mensen elke dag honger.
Tot zover de achtergrond bij een nieuwe doorbraak in agrarische wetenschappen, die zou kunnen leiden tot een grote productiviteitstoename voor voedingsgewassen. Wetenschappers zijn er onlangs in geslaagd om een tabaksplant te creëren die 40 procent productiever is dan de huidige soorten. Als ze dat succes kunnen uitbreiden naar sojabonen, rijst en tarwe, ziet de toekomst van de voedselvoorziening er veel rooskleuriger uit.
Frankenfood
Maar er is een addertje onder het gras: de plant werd genetisch gemodificeerd … Zal het publiek een nieuwe generatie gewassen met gewijzigd DNA wel aanvaarden, zelfs als dat een voedselcrisis zou kunnen voorkomen? De vraag dringt zich elk jaar steeds nadrukkelijker op omdat de snelle evolutie van de tools voor genetische manipulatie, zoals de totstandkoming van de genenbehandelende techniek CRISPR, het steeds gemakkelijker maakt voor wetenschappers om het DNA van een organisme te wijzigen. Die tools hebben wetenschappers krachtige middelen gegeven om landbouwgewassen te verbeteren. Maar de ontwikkeling leidt wetenschappers langzaam maar zeker naar een confrontatie met grote delen van de publieke opinie, die alles afwijzen dat ook maar een zweem bevat van gmo’s (genetische gemanipuleerde organismen), smalend ‘Frankenfood’ genoemd.
Laten we eerst onder de loep nemen wat de wetenschappers eigenlijk gedaan hebben. Paul South, een moleculair bioloog bij het departement Landbouw van de VS, en collega’s van de universiteit van Illinois raakten steeds meer geïnteresseerd in de manier waarop planten fotosynthese uitvoeren. Dat is het proces waarbij de energie uit zonlicht omgevormd wordt tot chemische energie om te groeien. Uit hun onderzoek bleek dat planten die taak uiterst inefficiënt uitvoeren.
‘Op een doorsnee akker wordt ongeveer 50 procent van de geproduceerde energie verspild aan fotorespiratie tijdens de piekuren voor fotosynthese’
Tijdens de fotosynthese neemt een plant CO2 in – het broeikasgas dat verantwoordelijk is voor het grootste deel van de opwarming van de aarde – en stoot ze zuurstof uit in de atmosfeer. Planten zijn afhankelijk van een enzym, rubisco, om het onderscheid te maken tussen CO2 en zuurstof. Maar voor elke vier moleculen CO2 die rubisco opvangt, neemt het per ongeluk één molecule zuurstof op. Zuurstof is echter een gesel voor het metabolisme van planten, want er gaat een lang en energierovend proces aan vooraf om de zuurstof weer af te scheiden. Dat proces, fotorespiratie genaamd, houdt in dat de plant een chemische stof moet produceren die giftig is voor zichzelf.
Door fotorespiratie verbruikt een plant veel metabolische energie die anders voor productievere doeleinden aangewend zou kunnen worden, zoals grotere bladeren of vruchten. Op een doorsnee akker wordt ongeveer 50 procent van de geproduceerde energie verspild aan fotorespiratie tijdens de piekuren voor fotosynthese, op de middag.
40 procent productiever South en zijn collega’s bedachten dat ze het DNA van planten konden aanpassen, zodat er minder energieverbruik nodig zou zijn voor fotorespiratie. De belangrijkste reden dat ze voor de tabaksplant kozen, was omdat die gemakkelijk genetisch te manipuleren is, een snelle levenscyclus heeft en veel zaden produceert. Met genenbehandelende technieken veranderden ze het DNA van de tabaksplant zodat het een korter, energie-efficiënter pad, of biochemisch proces, zou creëren om fotorespiratie uit te voeren. De binnenweg verminderde de benodigde energie voor fotorespiratie zodanig dat de tabaksplanten 40 procent productiever werden. Die bevindingen werden in januari gepubliceerd in het tijdschrift Science. South en zijn collega’s plannen nu veldproeven met aardappelplanten en ze zullen binnenkort beginnen met het ontwerp van nieuwe efficiënte paden voor fotorespiratie bij sojabonen, rijst en tomaten. ‘Omdat bij veel plantensoorten de processen van fotosynthese en fotorespiratie nog intact zijn,’ zegt hij, ‘zouden de geobserveerde voordelen bij tabak ook moeten werken bij andere gewassen.’
Het zal waarschijnlijk een decennium duren voor dergelijke gewassen op je bord terechtkomen. Er is behoefte aan meer onderzoek en er zijn regelgevende obstakels. Maar de public relations zouden weleens het grootste obstakel van al kunnen worden. Hoewel er overweldigend bewijs is dat gmo-voedsel, dat al meer dan tien jaar geconsumeerd wordt door miljoenen mensen, geen risico’s inhoudt voor menselijke consumptie, is het gebruik ervan wel beperkt in verschillende Europese landen en wordt het ook afgewezen door vele consumenten.
Roger Beachy, een bioloog aan de universiteit van St. Louis in Washington, nam deel aan de evaluatie van het onderzoek. Hij denkt dat Souths doorbraak het potentieel heeft om planten meer energie te geven om ‘proteïnen, voedingsstoffen en oliën te produceren en om zich te beschermen tegen stressvolle omstandigheden in de omgeving’. ‘En’, voegt hij eraan toe, ‘omdat energieverlies gekoppeld aan fotorespiratie toeneemt bij stijgende temperaturen, zal het helpen om de impact van de klimaatverandering op gewassen op te vangen, en zal het ook helpen in de tropen, waar een toename van de voedselproductie het meest nodig is.’
Iedereen is het sowieso eens over de dringende noodzaak aan de uitvinding van productievere, veerkrachtigere voedselgewassen in de loop van deze eeuw. En op dit moment is de ontdekking van South een aanlokkelijke stap voorwaarts in de realisatie van dat doel. ‘Al is er maar een deel van de stijging van 40 procent die in deze studie geobserveerd werd, mogelijk bij de voornaamste gewassen zoals tarwe, rijst en sojabonen,’ zegt South, ‘dan nog levert dat een aanzienlijke bijdrage tot het tegemoetkomen aan de vraag naar voedselzekerheid in de komende dertig jaar.’
