Štefan Čerba

Minimálne 800 miliónov ľudí zo súčasnej viac ako 7 miliardovej populácie našej planéty trpí chronickou podvýživou a desaťtisíce umierajú denne v dôsledku nedostatku potravy. Aby sa tieto tragické štatistiky zmiernili bude potrebné nielen zväčšovať produkciu potravín, ale je rovnako dôležité, aby poľnohospodárska a potravinárska výroba bola udržateľná a efektívna v dlhodobom horizonte.

Organizácia pre výživu a poľnohospodárstvo (FAO) fungujúca pod záštitou Organizácie spojených národov (UN) je medzinárodná inštitúcia vedúca boj proti hladomoru. Jedným z jej cieľov je skvalitnenie potravín a preto dlhodobo spolupracuje aj s Medzinárodnou agentúrou pre atómovú energiu (IAEA). Ich spolupráca je založená na podpore výskumu a vývoja prieniku jadrových a biotechnológií v štyroch hlavných oblastiach. Sú to vývoj hnojív, zvýšenie genetickej variability, sterilizácia hmyzu a konzervácia potravín.

V dnešnom blogu sa pozrieme na to, ako môže použitie rádioaktívnych izotopov a radiácie pomôcť v potravinárstve a teda aj v boji proti hladu. Poďme však postupne a pozrime sa na jednotlivé oblasti, kde je možné uplatnenie jadrovej fyziky.

Hnojivá

Človek nemusí byť biológ aby vedel, že aj keď hnojivá dokážu výrazne prispieť k vývoju rastlín, ich nesprávna aplikácia môže značne poškodiť životné prostredie. Efektívne používanie týchto materiálov je kľúčové tak pre industrializované, ako pre rozvojové krajiny, v ktorých poľnohospodárstvo využíva len jednoduché metódy.

Ak chceme minimalizovať vplyv na životné prostredie, je nevyhnuté zabezpečiť, aby sa do rastlín dostala najväčšia časť hnojiva, a aby sa minimalizovala časť, ktorá sa nenávratným spôsobom stráca v pôde. Použitie hnojív s príslušným obsahom vybraných rádioaktívnych nuklidov, ako je napríklad fosfor-32, umožňuje zistiť pomer účinných látok absorbovaných v samotnej rastline a v pôde. Ako to funguje?

Fosfor-32 je to rádioaktívny izotop nevyskytujúci sa v prírodnom fosfore, a ktorý sa rozpadá takzvanou β- premenou (uvoľnené žiarenie tvoria elektróny). Keďže rastliny nedokážu rozlišovať medzi rádioaktívnymi a stabilnými (nerádioaktívnymi) izotopmi fosforu, prijímajú ich v rovnakom pomere. Po podrobení rastliny laboratórnej izotopovej analýze je možné z beta aktivity určiť účinnosť hnojiva. Keďže fosfor-32 je len krátko žijúci izotop a žiarenie β- nie je prenikavé, použitie takýchto hnojív nepredstavuje výrazne riziko pre ľudí a prírodu ako takú. Skúsme sa ale posunúť k zaujímavejším oblastiam ako je používanie hnojív.

Zvýšenie genetickej variability

Určite ste už počuli o genetickej modifikácii, alebo mutácii rastlín, ale zrejme málokto vie, že na vyvolávanie mutácie pri šľachtení rastlín sa už niekoľko desaťročí používa aj ionizujúce žiarenie. Priekopníkom v tejto oblasti bol Lewis Stadler z Univerzity v Missouri v USA, ktorému sa ešte v roku 1920 podarilo vyšľachtiť prvú radiačne modifikovanú kukuricu pomocou röntgenového žiarenia.

Aj keď jeho cieľom bolo len zmeniť farbu kukurice, ožiarenie malo významný vplyv aj na jej veľkosť. Od tej doby bolo vyšľachtených viac ako 3 200 nových odrôd rastlín. Aby sa vytvorili nové genetické línie, tak sa rastliny ožarujú kontrolovaným lúčom gama žiarenia. Vo väčšine prípadov sa používa izotop kobaltu-60 alebo cézia-137. Výsledkom je rastlina s radiačne modifikovanou genetickou štruktúrou, ktorá je odolnejšia voči škodcom a náročným klimatickým podmienkam. Podľa správy FAO/IAEA bolo v roku 2014 celosvetovo pestovaných viac ako tisíc rastlinných odrôd, z ktorých až 75 % bolo určených na priamu konzumáciu. Boli to hlavne koreňové rastliny, obilniny, strukoviny, olejnaté semená a ovocie. Keďže väčšina takýchto potravín pochádza z Ázie alebo Afriky, kde absentuje legislatívny rámec vyžadujúci označenie radiačných úprav, vo väčšine prípadov sa nedá ani určiť, či ovocie alebo ryža, ktorú kupujeme v hypermarkete pochádza z radiačne mutovanej odrody alebo nie. Netreba sa však báť, choroba z ožiarenie v dôsledku konzumácie týchto potravín v princípe nehrozí.

Radiačné pestovanie rastlín má aj svoju futuristickú líniu, predpokladá sa že bude súčasťou takzvaných atómových záhrad vo vesmíre. Aj keď to znie ako zo sci-fi, nie je to žiadna novinka. Iniciatívy sa v tomto smere vedú od päťdesiatych rokov minulého storočia. Pre zaujímavosť dodávam, že atómové záhrady boli súčasťou aj prejavu D. D. Eisenhowera pre generálny štáb OSN známeho ako „Atómy pre mier“ v roku 1953. Vedúcou organizáciu je v tomto smere národne laboratórium Brookhaven v USA. Myšlienka atómových alebo gama záhrad spočíva v rozsadení rastlín do kruhovej platformy s vysúvateľným zdrojom gama žiarenia v strede. V takom prípade rastliny nachádzajúce sa na danej koncentrickej kružnici dostanú rovnakú dávku žiarenia. Sledovaním vývoja rastlín umiestnených na kružniciach s rôznymi polomermi je možné zistiť optimálnu vzdialenosť umiestnenia od zdroja. Existujú aj programy NASA, cieľom ktorých bolo vyviesť semená rastlín na obežnú dráhu, aby bolo možné sledovať vplyv kozmického žiarenia na ich rast a genetickú mutáciu.

Boj proti hmyzu a škodcom

Vráťme sa však k tomu, prečo je vôbec potrebné robiť rastliny odolnejšími pred škodcami a hmyzom. Je to preto, lebo škody v dôsledku hmyzu a škodcov predstavujú viac ako 10% celosvetovej úrody všetkých rastlín, obilnín a plodov určených na konzumáciu. V rozvojových krajinách táto hodnota dosahuje až 35% a straty na dobytku v Afrike v dôsledku múch tse-tse majú podobné rozmery.

Aj keď bolo vyvinutých niekoľko chemických insekticídov, niektoré druhy hmyzu sa im dokázali prispôsobiť a aj tie účinnejšie spravidla zanechávali jedovaté zvyšky na plodinách. Našťastie však existuje metóda sterilizácie hmyzu pomocou radiácie. Pointa je v tom, že gama žiarenie v dostatočne malých dávkach aplikované na larvy pred vyliahnutím ich dokáže sterilizovať. Vypúšťaním sterilných jedincov do inkriminovaných oblasti je možné regulovať ich populáciu, keďže títo jedinci sa ani po premiešaní so zdravou populáciou nedokážu ďalej rozmnožovať. V tomto smere boli zaznamenané významne úspechy pri boji proti vrtule veľkohlavej (Ceratitis capitata) v Mexiku, v Argentíne a v Čile, kde sa v oblastiach pestovania ovocia podarilo vyhubiť 95% ich populácie.

Podobné aktivity sa vedú aj na európskom kontinente. Európska únia financuje farmu na radiačnú sterilizáciu hmyzu na ostrove Madeira s kapacitou 100 miliónov sterilných jedincov týždenne. V prípade afrických krajín predstavuje najväčšiu hrozbu mucha tse-tse roznášajúca africkú spavú chorobu. V dôsledku tohto hmyzu je veľká časť úrodnej pôdy nevyužívaná. Radiačná sterilizácia hmyzu však dokáže bojovať aj s týmto problémom. V roku 1997 sa na ostrove Unguja (známeho podľa mesta Zanzibar) patriaci Tanzánii podarilo úplne vyhubiť tento druh hmyzu. V súčasnosti sa vedú štúdie aplikovateľnosti sterilizácie na druh mole napadajúcej cukrové trstiny (Diatraea saccharalis) a obaľovača jablčného (Cydia pomonella) s cieľom zefektívnenia cukrového a ovocného priemyslu.

Konzervácia potravín

Aj keď sa pomocou sterilizácie hmyzu dosahujú značné výsledky, približne 25 až 30% obilnín a plodov sa znehodnocuje pri skladovaní už nazbieranej úrody. Je to hlavne v dôsledku napadnutia rôznymi druhmi plesní a hmyzu. Tieto straty sú omnoho výraznejšie v krajinách s teplým a vlhkým podnebím. Našťastie, ionizujúce žiarenie môže byť riešením aj pre tieto problémy. Metódami riadenej konzervácie je možné nahradiť skoro všetky potenciálne škodlivé chemické konzervanty. Princíp je, že surové alebo mrazené potraviny sú vystavené vysokým úrovniam žiarenia gama, ktoré zničí všetky baktérie a škodlivé organizmy bez toho, aby akýmkoľvek spôsobom vplývalo na nutričné hodnoty potravín alebo zanechalo v nich akési rezídua.

Tento proces je podobný pasterizácii, občas sa nazýva aj ako „studená pasterizácia“ (studená, keďže produkt nie je potrebne zohrievať). Ako zdroj ionizujúceho žiarenia sa najčastejšie používa izotop kobaltu-60 emitujúci silné gama žiarenie. Samozrejme ani táto úprava nemôže viesť k rádioaktivite potravín.

Po niekoľkých desaťročiach laboratórneho testovania vydala v roku 1983 Svetová zdravotnícka organizácia (WHO) celosvetový štandard určujúci maximálne ožarovacie limity potravín. Následne v roku 1997 bol tento štandard upravený a bol zrušený maximálny ožarovací limit. V súčasnosti orgány zodpovedné za zdravotníctvo a kvalitu potravín podporujú konzerváciu potravín pomocou ožarovania vo viac ako 40 krajinách sveta.

Ide o približné 60 druhov potravín predstavujúcich viac ako 500 000 ton, zahŕňajúc mäso, ovocie, zeleninu, obilniny, korenie a ďalšie. Táto metóda značne zjednodušuje aj zásobovanie kozmonautov na vesmírnych misiách.

Ako to už však býva, myšlienka sterilizácie potravín sa často stretáva aj s odporom ľudí ktorí majú obavy z prípadných zdravotných následkov požitia týchto potravín. V niektorých krajinách má táto metóda silnú podporu, inde je zakázaná, avšak o zdravotných ťažkostiach alebo ochoreniach v dôsledku radiačnej sterilizácie neexistujú žiadne záznamy. Týmto sa môj dnešný blog končí, ďakujem že ste dočítali až do konca. Teším sa na ďalšie stretnutie.

Zdroje obrázkov: