"عندما اختارتني لجنة نوبل للسلام للفوز بالجائزة عام 1970، كانت اللجنة تسعى -وفق ظني- لاختيار شخص يرمز إلى الدور الحيوي للزراعة والإنتاج الغذائي في عالم جائع إلى الخبز والسلام. لقد حققت "الثورة الخضراء" نجاحًا مؤقتًا في حرب الإنسان ضد الجوع والحرمان، وأعطته فرصةً لالتقاط الأنفاس".. كانت هذه كلمات نورمان بورلوج، البروفيسور الأمريكي والمهندس الزراعي المُلقَّب بأبي الثورة الخضراء، في أثناء محاضرته التي ألقاها في ديسمبر من العام ذاته عند تسلُّمه الجائزة. الآن، وبعد مُضيّ ما يقرب من نصف قرن على هذه الكلمات، لا تزال ’’الحرب ضد الجوع‘‘ دائرة، ولا يزال الجوع يحقق انتصارات في بعض جولاتها

اليوم أصبحت مشكلات تناقُص مساحات الأراضي الصالحة للزراعة، وشُح مياه الري، في مقابل تزايُد أعداد السكان في الكثير من الدول، تمثل تحديات بالغة الصعوبة، تعرقل جهود الحكومات والمنظمات الدولية في القضاء على الجوع. وتزداد حدة هذه المشكلات في ظل تغيرات المناخ التي تتسبب في إجهاد المحاصيل الزراعية، وقلة إنتاجية الأراضي. هذا النوع من عوامل الإجهاد النباتي الذي يشمل موجات الجفاف، ودرجات الحرارة العالية والمنخفضة، وارتفاع نسب الأملاح والمعادن السامة في التربة، ونقص العناصر المغذية فيها، يُطلَق عليه "الإجهاد اللاأحيائي".
وتُعد عوامل الإجهاد سببًا رئيسيًّا في تدهور الإنتاجية الزراعية، وذلك بخسائر تتراوح بين 50% و80% وفق نوع المحصول والموقع الجغرافي1. الأمر الذي أضحى يقتضي ضرورة البحث عن طرق وربما تقنيات جديدة لإنتاج محاصيل غذائية غير تقليدية قادرة على التغلُّب على مثل هذه الظروف. في الوقت الحالي، توفر ثلاثة محاصيل رئيسية فقط هي الذرة والقمح والأرز حوالي 50% من مصادر السعرات الحرارية والبروتينات المُستهلَكة عالميًّا، وهناك 30 نوعًا فقط من النباتات تجري الاستفادة منها لسد 95% تقريبًا من احتياجات العالم من الغذاء2.
يعلق مارك تيلور -المدير المشارك لبرنامج العلوم الخلوية والجزيئية بمعهد جيمس هاتون في مدينة داندي بأسكتلندا- على الأمر بقوله: "منذ بدايات القرن العشرين وتنوُّع الأنظمة الغذائية المعتمدة على منتجات زراعية يشهد تدهورًا ملحوظًا، وأصبحت هناك حاجة مُلِحَّة إلى زيادة تنوُّع المحاصيل الزراعية وأساليب الزراعة التي ننتهجها لإنتاج الغذاء".
في دراسة3 نُشرت في نوفمبر الماضي في دورية «نيتشر بلانتس»، يستعرض هينج تشانج، الباحث بمركز شنغهاي لبيولوجيا الإجهاد النباتي التابع للأكاديمية الصينية للعلوم في شنغهاي بالصين، بالتعاون مع زميليه يوانيوان لي وجيان-كانج تشو، أنواعًا مختلفة من النباتات غير التقليدية تتمتع بمستويات عالية جدًّا من المقاومة الطبيعية لإجهاد الجفاف أو إجهاد الأملاح أو الاثنين معًا، ما يجعلها مثيرةً لاهتمام الباحثين؛ فهي نباتات يمكن استخدامها كمحاصيل غذائية وكنماذج مرجعية لأغراض بحوث تحسين مقاومة المحاصيل لظروف الإجهاد.
ترجع أهمية دراسة هذه النباتات المُقاوِمة -التي يُطلق عليها فريق الدراسة ’’النباتات المُقاوِمة طبيعيًّا للإجهاد‘‘- إلى أنها تنطوي على آليات فريدة تمنحها مستويات عالية من المقاومة. ويرى الباحثون أن التوصُّل إلى فهم هذه الآليات قد يساعدنا ببساطة على تحسين مقاومة الإجهاد في المحاصيل التي تمثل دعامةً رئيسيةً للأمن الغذائي وجهود مكافحة الجوع في عالم اليوم. الأمر المشجع هو أن التقنيات المتاحة الآن تتيح للباحثين إجراء تحسين وراثي سريع على هذه النباتات المُقاوِمة لزيادة إنتاجيتها، مع الحفاظ على قيمتها الغذائية ومقاومتها لظروف الإجهاد.
يرى هينج وزميلاه أن تحديد أنواع النباتات المُقاوِمة التي تستحق الدراسة يجب أن يكون مستندًا إلى اعتبارات عملية، بمعنى أن يتم التركيز على النباتات التي تتمتع بخصائص مرغوب فيها، بما في ذلك الميزات الغذائية والاقتصادية (نباتات مغذية، وصديقة للبيئة، وغير سامة، ولها قيمة ثقافية، إلى آخره). ولكن ماذا عن الجوانب المتعلقة بالطعم ومدى استساغة الناس لمذاق محاصيل كتلك؟
يقول جيان-كانج، المؤلف المشارك في الدراسة، وأستاذ بيولوجيا النبات بجامعة بوردو في ويست لافاييت بولاية إنديانا، لـ"للعلم": "يُعَد المذاق أحد العوامل المهمة التي يجب أخذها في الاعتبار عند اختيار النباتات المُقاوِمة التي سيتم إخضاعها للاستزراع في البيئات المحلية، بل إن هناك برامج بوسعها الإسهام في تحسين مذاق هذه المحاصيل وتقليل درجة سمِّيَّتها، كما حدث مع العديد من المحاصيل، ومن بينها الطماطم".
يُذكر أن محصول الطماطم الذي يُعَد محصول الخضراوات الأول عالميًّا من حيث حجم الإنتاج (نحو 50 مليون طن متري سنويًّا)، قد شهد العديد من التحسينات الوراثية، ومن بينها نقل الجينات من الأنواع البرية إلى الأصناف المنزرعة، لتحسين السمات المتعلقة بالجودة، كمذاق الثمار ومحتواها من العناصر الغذائية. 
وفي السياق ذاته، يرى جيان-كانج أن ثقافة المجتمعات يجب أخذها في الاعتبار، قائلًا: "تفضل الشعوب الآسيوية تناوُل الحبوب ذات المحتوى العالي من الجلوتين، ومن هذا المنطلق قد يساعد اختيار نباتات مُقاومة تنمو في المنطقة نفسها على ’قبول‘ هذه المحاصيل من جانب الجمهور". والجلوتين هو أحد البروتينات الموجودة طبيعيًّا في بعض محاصيل الحبوب، مثل القمح والشعير، ويُضفي على أنواع من الأطعمة -كعجائن البيتزا- صفات مرغوبة، تتمثل في زيادة درجتي التماسك وقابلية الشدّ.

محاولات سابقة 

خلال العقدين الماضيين حدث تقدُّم كبير في فهم استجابة النباتات لعوامل الإجهاد اللاأحيائي في عدد من المحاصيل الرئيسية، كما جرى تحديد مئات الجينات ومئات مواقع الصفات الكمية المرتبطة باستجابة النباتات للإجهاد.

أحد أحدث أمثلة المحاولات التي انتهجت طرقًا مبتكرة هي تلك التجارب التي أجرتها آنا كانيو-ديلجادو، الأستاذ المشارك في مركز أبحاث الجينوميات الزراعية في مدينة برشلونة بإسبانيا، وتمكنت فيها –بالتعاون مع فريقها– من إنتاج نباتات أكثر مقاوَمةً لظروف الجفاف عن طريق تعديل الإشارات الناجمة عن أنواع من الهرمونات النباتية4

تقول كانيو-ديلجادو لـ"للعلم": "يُركز مختبري جهوده على إنتاج نباتات مقاوِمة للجفاف وقادرة على الاستمرار في النمو؛ لأن هذه المشكلة تعتبر تحديًا رئيسيًّا تواجهه الزراعة على مستوى العالم". 

غير أن التجارب الناجحة في هذا الصدد تُعَد حالات نادرة. وفيما يتعلق بجهود التعديل الوراثي، تكمن المشكلة في أن هذه التعديلات قد تزيد من مقاومة النباتات للإجهاد تحت ظروف المختبر فقط، ونادرًا ما ينتج عنها أصناف مقاوِمة للإجهاد تحقق الأداء نفسه تحت ظروف الحقل. ما الحل إذن؟

يرى هينج وزميلاه أن الحل موجود في الطبيعة بالفعل؛ فقد أسهَمَت آليات تكيُّف النباتات مع ظروف الإجهاد وآليات الانتخاب الطبيعي عبر الزمن في نشوء أنواع نباتية مُقاوِمة طبيعيًّا لظروف الإجهاد، وهي نباتات يُطلق عليها اصطلاحًا ’’النباتات المتآلفة مع الظروف القاسية‘‘. لقد قام البشر عبر العصور باستزراع بعض هذه النباتات في البيئات المحلية والاستفادة منها كمحاصيل ثانوية، ويرى كثيرون –ومنهم باحثو هذه الدراسة– أن التوسُّع في زراعة مثل هذه النباتات من شأنه تحسين تنوُّع المحاصيل المنزرعة على مستوى العالم وتنوُّع عناصر الحمية الغذائية لدى البشر، الأمر الذي سيكون له أثره في تعزيز الأمن الغذائي وتحسين صحة البشر حول العالم. 

إعادة إحياء المحاصيل الثانوية 

يرى هينج وزميلاه أن المحاصيل الثانوية التي يزرعها الإنسان على نطاق ضيق كان يمكن أن يكون لها دور في تعزيز الأمن الغذائي العالمي؛ فهي محاصيل قادرة على الاستفادة من الماء والمغذيات الموجودة في التربة بكفاءة أكبر مقارنةً بالمحاصيل الرئيسية، وتتمتع كذلك بمقاومة أفضل للأمراض والآفات، وبالتالي هي محاصيل أكثر استدامة. الأمر الذي يدعو للتفاؤل هو أن معظم هذه المحاصيل الثانوية لم يخضع لبرامج تربية مكثفة، وهذا يعني أن التحسينات الوراثية الطفيفة قد تزيد من إنتاجية هذه المحاصيل بشكل كبير6،5.

يقول هينج، الباحث الرئيس للدراسة وباحث الجينوميات بمركز شنغهاي لبيولوجيا إجهاد النبات: إن بعض المنظمات الدولية، وعلى رأسها منظمة الأغذية والزراعة بالأمم المتحدة، الفاو، تدرك أهمية النباتات المقاوِمة، خاصةً في المناطق ذات المناخ القاسي. 

ويتابع هينج قائلًا: "لدينا قناعة كبيرة بضرورة بذل المزيد من الجهود لإجراء تحسين وراثي لهذه النباتات المقاوِمة واستزراعها في البيئات المحلية؛ لإحداث تنويع في المحاصيل المنزرعة وتعزيز الأمن الغذائي". 

أحد أبرز أمثلة النباتات المقاوِمة "نبات الكينوا"، الذي حظي باهتمام كبير في السنوات الأخيرة لقدرته على تحمُّل درجة ملوحة تصل إلى مستوى ملوحة ماء البحر، بالإضافة إلى مقاومته القوية للبرودة والجفاف ومستويات النيتروجين المنخفضة في التربة. وتحقق معظم أصناف الكينوا أعلى كتلة حيوية لها عند مستويات متوسطة من الملوحة7، وفي الوقت الحالي يتركز إنتاجها في بيرو وبوليفيا والإكوادور ودول أخرى في أمريكا اللاتينية. الجدير بالذكر أن إنتاج الكينوا شهد توسعًا كبيرًا منذ عام 1980، فقد كانت الكينوا تُزرع حينها في ثمانية بلدان فقط، وتوسع إنتاجها في عام 2014 حتى أصبحت محصولًا زراعيًّا في 75 بلدًا6

وعلى ذكر هذا المحصول، تجدر الإشارة هنا إلى أن دولة الإمارات، التي تغلب عليها البيئة الصحراوية، أجرت في السنوات الماضية تجربة ناجحة لزراعة الكينوا في البلاد تحت إشراف المركز الدولي للزراعة الملحية (إكبا) في دبي.

 تُفرد دراسة هينج وزميليه قائمةً بمحاصيل ثانوية أخرى، لديها مستويات جيدة من تحمُّل عوامل الإجهاد المختلفة، خاصةً إجهاد الجفاف وإجهاد الأملاح. من بين هذه المحاصيل أنواع من نبات الدخن (أحد محاصيل الحبوب). في الوقت الحالي، يأتي ما يزيد على 95% من الإنتاج العالمي للدخن من دول آسيوية وإفريقية، ويُستخدم الدخن في هذه الدول كغذاء أساسي8.   

يعتقد هينج وزميلاه أيضًا ضرورة التركيز على حبوب غير حقيقية أخرى من رتبة القرنفليات، مثل الحنطة السوداء. تُعرف هذه الحبوب غير الحقيقية بقدرتها على تحمُّل افتقار التربة إلى العناصر الغذائية وعوامل أخرى مسببة للإجهاد، وكذلك بفوائدها الصحية الكبيرة للإنسان10،9.

وتُعَد المحاصيل المُقاوِمة للإجهاد، كالدخن والكينوا، مصادر أكثر ثراءً من الناحية الغذائية؛ فهي تحتوي على نسب أعلى من الألياف الغذائية والبروتينات والمعادن، ومستويات أقل من الكربوهيدرات12،11 بالمقارنة بالأرز والقمح والذرة.

ولكن، من الناحية العملية، هل هناك أي محصول من هذه المحاصيل الثانوية يمكن الاعتماد عليه كمصدر رئيس للغذاء، كأن يُصنع منه الخبز مثلًا؟ يقول هينج: "نحن نعلم أن الدقيق المصنوع من محاصيل ثانوية كالدخن والحنطة السوداء والكينوا يمكن استخدامه في صناعة عجائن الشعيرية والمعكرونة والخبز، إلا أن هذا الدقيق له خواص فيزيائية مختلفة بالمقارنة بخواص دقيق القمح، وهناك حاجة إلى إجراء المزيد من الدراسات قبل أن نتمكن من استخدامه على نطاق أوسع".

إلهاء باهظ الكلفة

إلى الجنوب من شنغهاي التي يُجري فيها هينج أبحاثه، يعمل الباحث المخضرم توني فيشر في كانبيرا بأستراليا زميلًا فخريًّا بمنظمة الكومنولث للبحوث العلمية والصناعية (CSIRO). يقول فيشر إنه لا يتوقع للنباتات الملحية والجفافية التي ذكرها هينج وزميلاه في دراستهم أن تصل إلى استخدامها كمحاصيل ثانوية، ويتابع "فيشر" قائلًا: إن النباتات المقاوِمة طبيعيًّا للإجهاد التي تتمحور حولها الدراسة لديها القليل من الإمكانات التي تؤهلها للاعتماد عليها كمحاصيل حبوب أساسية يومًا ما. 

ومع هذا، يعتقد فيشر أن بعض هذه النباتات يتمتع بإمكانات أفضل تؤهله ليصير من محاصيل الخضراوات التي يمكن زراعتها على نطاق أوسع. وفي حين يرى هينج وزميلاه أن إجراء تحسين وراثي سريع، من خلال الجمع بين علم وراثة توطين النباتات وتقنيات التحسين الوراثي، سيعزِّز من مستوى إنتاجية هذه المحاصيل، فإن فيشر يتفق معه جزئيًّا، ويعلل ذلك بقوله: "التقنيات الجزيئية الجديدة قد تسرع من توطين المحاصيل البرية والمحاصيل شبه المتوطنة، ولكن هذا الأمر سيستغرق مدة طويلة -حوالي 20 سنة- قبل أن تتمكن هذه المحاصيل من منافسة المحاصيل الأساسية".

وفيما يتعلق بالعالم العربي، وتحديدًا منطقة غرب آسيا وشمال أفريقيا، يقول "فيشر": إن ما ينبغي العمل عليه في هذه المناطق التي تسودها الزراعة المعتمدة على مياه الأمطار هو رفع مستوى إنتاجية المحاصيل باستخدام التقنيات المعروفة. ويرى "فيشر" أن عقد الآمال على توطين المحاصيل المقاوِمة غير التقليدية في هذه المنطقة يعتبر "إلهاءً باهظ الكلفة"، على حد تعبيره.

أيًّا ما كان الأمر، فقد بات من الواضح أن الحكومات والمنظمات الدولية والجهات البحثية حول العالم سيتعين عليها بذل المزيد من الجهود وتعزيز التعاون فيما بينها لمواجهة أزمة نقص الغذاء التي يترقب العالم حدوثها.

المراجع
1.    Shinozaki, K., Uemura, M., Bailey-Serres, J., Bray, E. A. & Weretilnyk, E. in Biochemistry and Molecular Biology of Plants (eds Buchanan, B. B., Gruissem, W. & Jones, R. L.) Ch. 22, 1051–1100 (Wiley, Chichester, 2015).

2.    Biodiversity: Plants (FAO); http://www.fao.org/biodiversity/components/plants/en/.

3.    Zhang, H., Li, Y. & Zhu, J.-K. Developing naturally stress-resistant crops for a sustainable agriculture. Nat. Plants 4, 989–996 (2018).

4.    Norma Fàbregas, et al. Overexpression of the vascular brassinosteroid receptor BRL3 confers drought resistance without penalizing plant growth. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-06861-3

5.    Goron, T. L. & Raizada, M. N. Genetic diversity and genomic resources available for the small millet crops to accelerate a New Green Revolution. Front. Plant Sci. 6, 157 (2015).

6.    Bazile, D., Jacobsen, S. E. & Verniau, A. The global expansion of quinoa: trends and limits. Front. Plant Sci. 7, 622 (2016).

7.    Hariadi, Y., Marandon, K., Tian, Y., Jacobsen, S. E. & Shabala, S. Ionic and osmotic relations in quinoa (Chenopodium quinoaWilld.) plants grown at various salinity levels. J. Exp. Bot. 62, 185–193 (2011).

8.    Habiyaremye, C. et al. Proso Millet (Panicum miliaceum L.) and its potential for cultivation in the Pacific Northwest, U. S.: a review. Front. Plant Sci. 7, 1961 (2016).

9.    Yasui, Y. et al. Assembly of the draft genome of buckwheat and its applications in identifying agronomically useful genes. DNA Res.23, 215–224 (2016).

10.    Zhang, L. et al. The tartary buckwheat genome provides insights into rutin biosynthesis and abiotic stress tolerance. Mol. Plant 10, 1224–1237 (2017).

11.    Saleh, A. S. M., Zhang, Q., Chen, J. & Shen, Q. Millet grains: nutritional quality, processing, and potential health benefits. Compr. Rev. Food. Sci. F. 12, 281–295 (2013).

12.    Nowak, V., Du, J. & Charrondiere, U. R. Assessment of the nutritional composition of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.). Food Chem. 193, 47–54 (2016).

13.    Flowers, T. J. & Colmer, T. D. Salinity tolerance in halophytes. New. Phytol. 179, 945–963 (2008).