Rostlinný fyziolog, doktorand na nizozemské Univerzitě ve Wageningenu Lucas van der Zee zkoumá, jak z buněk meristému vypěstovat plod bez půdy, světla i samotné celé rostliny. Kredit: Wageningen University & Research, Horticulture & Product Physiology

„Dnešní zemědělství je neudržitelné, protože vypouští skleníkové plyny a ničí životní prostředí volně žijících živočichů. Zemědělství dnes zabírá polovinu pohostinné plochy Země na úkor těchto biotopů.“ Tímto konstatováním začíná článek v časopisu Nature (zde – žel není volně dostupný). Nejde o vědeckou studii, ale publicistický příspěvek o novém směru výzkumu, na který se v rámci své doktorandské práce zaměřil i Lucas van der Zee na nizozemské Univerzitě ve Wageningenu (Wageningen University & Research). Cílem jeho bádání je laboratorní pěstování rostlinných plodů, jež jsou součástí našeho jídelníčku. Ne, to není chybně napsaná věta, Lucas vskutku nepěstuje celé rostliny, ale pouze plody, a to navíc bez půdy a v budoucnu i bez světla. První pokusnou rostlinou je rajče.

Zní to neuvěřitelně, až absurdně? Připomeňme, že obdobnou realitou již je uměle pěstované maso, které se živým zvířetem má společné jen několik myosatelitových buněk z kousku odebrané svalové tkáně. Ty se ve speciálních bioreaktorech dělí v další a další svalové buňky, přičemž potřebné složky pro svou reprodukci získávají z okolního kultivačního média. Potenciální zákazníci – až na výjimky – celkem pochopitelně nejásají, spíše opak je pravdou. Se stejným „nadšením“ budou zřejmě přijaty také informace o možnosti do jisté míry podobným způsobem kultivovat plody některých druhů zeleniny a ovoce.

200krát zvětšený vrcholový meristém rajčete. Kredit: Saiko Yoshida, University of Bern

Nicméně je zajímavé mít alespoň rámcovou představu, jak se to zatím jen v laboratoři zkouší – jak vypěstovat rajče bez nutnosti pečovat půl roku o celou rostlinu. O tom žel zmíněný článek v Nature vypovídá jen velice málo. Australský žurnalista James Mitchell Crow, který často publikuje právě v tomto renomovaném časopise, v něm spíše opěvuje alternativní metody produkce potravin ne v půdě na volném prostranství, ale na malé ploše „pod střechou“.

Francouzský botanik Jean-Paul Nitsch již před tři čtvrtě stoletím zkoumal funkci rostlinných hormonů na vývoj plodu Kredit: INA - Institut national de l'audiovisuel (1961)

O samotném procesu, jímž lze získat plody bez rostlin, se ale nerozepisuje. Jen dává prostor odpovědi na standardní novinářskou otázku o počáteční motivaci, v niž Lucas van der Zee uvádí: „Během magisterského studia zemědělského inženýrství jsme s profesorem diskutovali o pěstování ovoce v interiéru. Vyzval mě, abych napsal magisterskou práci o pěstování ovoce bez rostlin. Nyní tuto myšlenku testujeme. Hlavním úkolem mé doktorandské práce je sbírat nezralé plody nebo květy z rostlin rajčat a v laboratoři se pokusit z nich vypěstovat zdravé a kvalitní plody. Konečným cílem je jejich produkce pouze z meristémových buněk rajčat – nediferencovaných buněk, z nichž mohou vyrůst nové rostlinné orgány – a zcela vynechat využití celé rostliny.“ Z dalšího textu lze pak vyrozumět, že v současné fázi Lucas jenom testuje vhodné podmínky pěstování zralých plodů z různých fází jejich vývoje – od květů až po nezralá zelená rajčátka. V tomto procesu zatím využívá i světlo modrých a červených LED diod, které vyzařují v spektrální oblasti nejvhodnější pro fotosyntézu. Více o svých cílech Lucas prozrazuje na svém profilu v sociální síti Linkedin (zde): „Ovoce bez rostlin / pěstování bez světla. Vyrůstá nová generace vědců a podnikatelů, jež bude pěstovat rostlinné buňky a tkáně na cukrech místo na světle. Cílem je tyto sacharidy vyrábět z CO₂ a organického odpadu. Chceme obejít fotosyntézu, a tím odpojit zemědělství od využívání půdy.

Malá nezralá rajčata rostoucí bez rostliny na živném médiu. Kredit: Lucas van der Zee a Francesco Rucci; Nature

Jsme svědky částečného úpadku vertikálního zemědělství. Jeho příslibem byla škálovatelná a udržitelná produkce rostlin, ale energetická náročnost LED světel brání širokému rozšíření; vertikální zemědělství se stane udržitelným pouze pro omezený počet plodin na určitých optimálních místech.“

Opomeňme problém zmíněného vertikálního zemědělství, což je produkce některých nízkých plodin na několika plošinách uspořádaných nad sebou ve vysokých sklenících. Sice šetří plochu zemědělské půdy, ale zvyšuje určité provozní náklady. Kam však svým výzkumem míří Lucas a jeho kolegové zapojeni do projektu Fruit of Knowledge (Ovoce poznání, nebo Plody poznání)?

Již v roce 1951 francouzský botanik Jean-Paul Nitsch z květu rajčete v živném médiu s obsahem cukrů a dalších potřebných živin dokázal vypěstovat plně vyvinutý plod rajčete. Lucas van der Zee nyní Nitschovy pokusy replikuje, aby lépe prozkoumal nejvhodnější podmínky růstu a dozrávání. I když zatím zmiňuje ozařování LEDkami, jeho čtyřletý projekt má ambice nabídnout proces, na jehož začátku jsou buňky rostlinného meristému a na konci zralé chutné plody. Namísto půdy živné médium, namísto světla vhodné sacharidy.

Základní kroky pěstebního procesu: namnožit odebrané meristémové buňky, vyvolat tvorbu květu, navodit růst plodu, kultivovat plody v bioreaktoru. Kredit: Lucas van der Zee

Samozřejmě, že i ty je možné získat jen díky fotosyntéze rostlin, takže se to na první pohled jeví jako hodně nesmyslné. Argumentem řešitelů projektu je, že tyto nezbytné cukry budou produkovat rostliny jako je cukrová třtina nebo cukrová řepa pěstované na místech s dobrými a trvale udržitelnými podmínkami, případně je bude možné získávat z rostlinných odpadů, pak převážet a využívat pro produkci čerstvého ovoce nebo zeleniny v oblastech, kde je to obtížné kvůli nedostatku slunečního osvitu, tepla nebo i půdy. Kromě odstranění nezbytnosti světla, jako další pozitiva uvádějí výrazně snížené požadavky na vodu a živiny k pěstování zcela bez pesticidů. To, co zmíněno není, jsou případné nároky na sterilitu a teplotu prostředí i náklady na kultivační a pěstební zařízení.

Protože o samotné metodice se z článku v Nature moc nedozvíme, nahlédněme do textu o něco staršího na stránce společnosti Vertical Farming (zde), který odhaluje alespoň základní kroky. V tom prvním se z vrcholového pupenu rostliny (zatím jen rajčete) v laboratoři odeberou meristémové (dělící) buňky, které mají vlastnosti obdobné kmenovým buňkám, mohou dát vzniknout všem rostlinným pletivům, jsou téměř stoprocentně bez patogenů, což se samozřejmě ještě musí prověřit. Zkontrolované meristémové buňky se pak namnoží. V dalším kroku je nevyhnutné v nich probudit geny, které spustí vývoj květu a vědci již vědí jak. Když se květy rozvinou, je potřebné nastartovat vývoj plodu buď umělým opylením, nebo pomocí specifických sloučenin. Dál si rajče roste na roztoku živin a sacharidů. Jedním z cílů projektu Fruit of Knowledge je k tomuto účelu navrhnout speciální pěstební bioreaktory.

„Jsou dvě hlavní oblasti, na které se zaměřujeme: indukce tvorby květu pomocí nové technologie a experimentování s růstem plodů“, shrnuje Lucas aktuální fázi výzkumu. Spolu s kolegy v projektu Fruit of Knowledge věří, že se jim po jeho ukončení podaří předložit nejen prověřenou koncepci inovativního pěstování plodů dobré kvality, ale i návrhy na komerční využití této technologie.

Poznámka pro ty, jimž podobně jako u uměle pěstovaného masa kypí žluč: připomínáme, že je to zatím příliš horká kaše, že zatím jde o experimenty na rajčatech, jako první modelové rostlině a než se naplní vize výzkumníků (jestli vůbec), uplynou minimálně 2–3 roky, ale spíše více. I pak budou případné plody pěstované v bioreaktorech ještě hodně dlouho tak nedostupné, jako je nyní obdobně kultivované umělé maso. Našinec se o něm nepoměrně častěji dočte nebo o něm slyší někoho „zasvěceně“ mluvit, než by měl možnost nějaký umělý steak nebo burger byť jen spatřit, natož i ochutnat. Takže žádnou paniku! To, co bude ohrožovat pěstitele zeleniny a ovoce budou jisto jistě jiné faktory, ne produkty z bioreaktorů.

Video: Je možné vypěstovat ovoce, aniž by bylo nutné vypěstovat celou rostlinu?

Video: Extrakce meristému in vinné révy a pěstovaní nových rostlin – klonů.

Literatura

Nature, hortidaily