Global opvarmning udfordrer de landbrugsmæssige normer, da de stigende temperaturer afslører pollen som et skrøbeligt led i planteforplantning. Selvom blade kan tåle ekstreme klimaer, mislykkes pollen ofte ved temperaturer over 45°C, hvilket kan føre til afgrøde ikke kan vokse i varmeudsatte områder. Forskere opfordrer til fokus på de varmetolerante træk ved tropiske planter for at udvikle modstandsdygtige afgrøder. Uden hurtigt reaktion kan landbruget få svært ved at tilpasse sig de stigende globale temperaturer og den ændrede klimarealitet.
Siden de første frø blev sået, har landmænd arbejdet på at bringe tropisk rigdom til steder med mildere temperaturer og kortere vækstsæsoner. "Historisk set har vi mennesker forsøgt at udvide vores landbrug til koldere klimaer," siger Sergey Rosbakh, planteøkolog ved Københavns Universitet.
Men global opvarmning har vendt dette på hovedet: Nu arbejder forskere på at udvikle klimamodstandsdygtige afgrøder, der kan modstå hidtil uset varme.
Forskere har identificeret pollen som det svage led i plantens livscyklus, forklarer Rosbakh. De er eksponerede for vejrfaktorer, og deres korte levetid gør temperaturstigninger særligt farlige. Men pollen's temperaturgrænser er overraskende nok ikke blevet studeret særlig meget, på trods af deres betydning for landbruget. "Det har ikke fået næsten ingen opmærksomhed," siger Rosbakh.
Rosbakh og en kollega ved Universitetet i Regensburg, Tyskland, analyserede temperaturdata for 191 plantearter for at bestemme det temperaturområde, hvor pollen kan fungere. Deres resultater, publiceret i Plant, Cell & Environment, inkluderer bekymrende beviser på et temperaturloft, hvor langt de fleste pollen ser ud til at fejle.
Og ifølge Donam Tushabe, planteforsker ved Universitetet i Regensburg og hovedforfatter af den nye artikel, er planeten allerede alt for tæt på dette loft.
"Og med klimaforandringer får vi jo mere varmt vejr," konstaterer Tushabe.
Skarpt data og en pollen opskrift
For videnskabsfolk, der studerer en plantes reaktion på temperatur, er blade de lavthængende frugter. "Du kan samle blade, og de forbliver levedygtige til eksperimenter i et par dage," siger Rosbakh.
Men at studere pollen er langt mere udfordrende, da det kun er levedygtigt i timer eller minutter. Hvis man misser det tidsvindue, skal man vente seks måneder på, at planterne spirer igen.
Og selv da skal pollen nænsomt tilskyndes til at spire under eksperimentelle forhold. Spiring er den proces, hvor et pollenkorn aktiveres, når det kommer i kontakt med en modtagelig blomst.
"Pollen vil ikke spire i vand i en petriskål," forklarer Rosbakh. "Du skal lave en speciel opskrift. Du skal tilføje noget sukker, nogle kemikalier, noget jern, nogle vækstfaktorer. Donam Tushabe brugte seks måneder på bare at indsamle data for at lave en effektiv opskrift på pollen."
Alt arbejdet med at studere pollen resulterer kun i meget lidt information. Selv for de mest almindelige afgrøder som hvede og byg, "er der ingen data – nul" på pollens termiske grænser, siger Rosbakh.
Rosbakh og Tushabe gennemgik den videnskabelige litteratur helt tilbage fra 1930'erne og fandt studier om kun 191 arter ud af de titusinder af vilde planter og kultivarer, der er kendt af videnskaben. "Næsten 60% af disse data kommer fra mit eksperimentelle arbejde," tilføjer Rosbakh.
Forskerne håbede at kunne sammenligne temperaturtolerance for planternes vegetative dele – deres stængler og blade – med pollenens modstandskraft. De fandt sammenhængende data om de termiske grænser for vegetation hos i alt 30 arter.
Med disse historiske data gik Tushabe og Rosbakh videre med at svare på deres spørgsmål. Fungerer vilde arter mon bedre i et bredere temperaturområde end kultivarer? Er visse bedre til kulde?
En smal Goldilocks-zone
Det stod straks klart, at "pollens temperaturinterval er meget mindre end bladenes," siger Tushabe.
Mens blade og stængler kunne tåle temperaturer mellem –10°C og 60°C, vil de fleste pollen kun ville spire mellem omkring –5°C og 40°C.
Blandt de 30 arter, for hvilke de havde både blad- og pollendata, fandt Tushabe, at den nederste ende af intervallet stemte meget godt overens. Planter, der klarede sig godt i kulden, havde pollen, der spirede ved lavere temperaturer. Men for den øverste ende af spektret var en anden historie.
Tushabe identificerede en nærmest magisk grænse på omkring 45°C, hvor næsten ingen pollen spirede. Kun en håndfuld arter, der udviklede sig til at leve i ekstreme miljøer, som afrikanske violer og eukalyptus, kunne fortsætte deres livscyklus over 45°C.
Forskerne fandt ingen forskel i pollen fra fremavlede stammer versus vilde arter. "Vi har avlet de bladede dele af planter til at tåle høje temperaturer, men pollen er stadig, som det var for 500 år siden," siger Rosbakh.
Nogle kan lide det varmt
Selvom yderligere studier er nødvendige for at identificere mekanismer, mistænker Tushabe, at den hårde grænse ved 45°C kunne skyldes svigt på cellulært eller protein niveau. Ved høje nok temperaturer kan proteiner denaturere – og miste deres struktur - til et punkt, hvor de ikke længere kan udføre deres funktioner i cellen. Denne udfordring er en af de sværeste at tilpasse sig på kort tid, tilføjer Rosbakh.
En temperatur på 45°C er dog alt for tæt på forholdene i mange landbrug i mange lande. Rosbakh peger på Syd- og Sydøstasien, som allerede oplever de temperaturer i dag – med katastrofale virkninger på afgrøderne.
"Sidste år havde vi brændende varme i Pakistan med temperaturer over 50°C," siger Rosbakh. Så meget som halvdelen af mango-afgrøden er gået til spilde i de senere år, hvilket forskere tilskriver de mere intense hedebølger forårsaget af klimaforandringer.
Rosbakh og Tushabe er enige om, at studier af tropiske planter, der kan spire ved disse strenge temperaturer – såsom den afrikanske viol, der kan spire ved 66,9°C, og eukalyptus, der kan spire ved 70°C – bør være undersøges.
"Måske kunne vi identificere de gener, der hjælper pollen med at tåle højere temperaturer," siger Rosbakh. Måske kunne disse specielle træk indsættes i andre stammer for at hjælpe dem med at klare klimaforandringer bedre.
På trods af det møjsommelige arbejde mener forskerne, at landbrugssektoren skal begynde at måle pollens termiske grænser som en del af de standardtests, der anvendes til udvikling af nye stammer. Ellers risikerer vi at avle tilsyneladende hårdføre planter, der er helt ude af stand til at reproducere sig.
Givet den nødvendige tidsramme for at udvikle en ny sort, er vi allerede flere skridt bagud. "Udvikling af en ny sort tager op til 20 år," siger Rosbakh. "For at have planter, der er modstandsdygtige over for den klimaforandring, vi ser nu, burde vi have startet for 20 år siden."
