När Stanley Culpepper var liten tillbringade han timmar med att dra ogräs på sin familjs gård. “Vi drog och drog och drog”, säger han.
Culpepper började rensa ogräs när han bara var omkring 5 eller 6 år gammal. Som tonåring högg han ner stort ogräs med en yxa.
Culpepper älskade att arbeta på gården, men han gillade inte ogräsrensning. Han blev en vetenskapsman för att komma på enklare sätt för bönder att bekämpa ogräs. “Jag bestämde mig för att det måste finnas ett bättre sätt än att ta bort ogräs hela livet”, säger Culpepper, numera ogräsforskare vid University of Georgia i Tifton.
Mycket har förändrats sedan Culpepper var ett barn. För ungefär 15 år sedan började många fler bönder använda en kemikalie som heter glyfosat för att döda ogräs. Det fungerade så bra att många bönder trodde att deras problem var lösta. Men nyligen har en del ogräs blivit resistenta mot glyfosat, vilket betyder att det är svårare för kemikalien att döda de oönskade växterna.
Resistenta ogräs är ett stort problem. Vissa kan bli 10 fot höga! Forskare har upptäckt att ogräs använder alla möjliga knep för att bekämpa glyfosat. Om problemet blir värre kanske bönderna inte kan odla så många grödor, eller så kommer de att behöva spendera mer pengar på att bekämpa ogräs. Då kan maten bli dyrare.
”Vi är bortskämda i det här landet eftersom mat är billigt och lätt att få tag på”, säger Patrick Tranel, ogräsforskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign. Men att producera all den maten är en stor utmaning. Jordbrukare och forskare kommer att behöva arbeta hårt för att hålla ogräs under kontroll.
Den perfekta ogräsdödaren
Ogräs är växter som folk inte vill ha. När ogräs växer på en gård svinnar det ljus, vatten och näring. Då växer inte grödor lika bra.
Bönder brukade bli av med ogräs genom att dra det eller gräva ut det med en hacka. (I fattigare länder gör många bönder fortfarande detta.) Ibland täckte bönder jorden för att hindra ogräs från att få solljus eller kastade salt på ogräset för att döda dem.
Så forskare hittade kemikalier som kallas herbicider som dödar ogräs. Den bästa herbiciden var glyfosat. Men bönderna var tvungna att vara försiktiga eftersom glyfosat också kunde döda grödor. Bönder kunde bespruta fält med glyfosat först innan de planterade grödor. Annars var de tvungna att använda specialutrustning som skulle säkerställa att glyfosat endast applicerades på ogräs.
På 1990-talet hände något stort: Forskare gjorde grödor som inte kunde dödas av glyfosat. De ändrade växternas DNA, de genetiska instruktionerna som talar om för cellerna vilka molekyler de ska göra. Om bönder planterade dessa glyfosatresistenta grödor, kunde de spraya herbiciden över hela fältet när som helst och döda ogräs utan att skada grödor.
Syngenta – handrensning
“Det blev väldigt enkelt”, säger Steve Duke, växtforskare vid US Department of Agriculture i Oxford, Miss. “Spraya bara en eller två gånger , döda allt .”
Bönderna älskade de där glyfosatresistenta grödorna. De började plantera fler och fler av dem och använda mer och mer glyfosat.
Vinna på lotteriet
Vissa människor trodde att glyfosat skulle fungera för alltid. Men ogräset höll på att utvecklas. Det betyder att deras DNA förändrades.
En gång i tiden skulle förändringar i ett ogräs DNA göra det möjligt för det ogräset att överleva glyfosatet. Chanserna för sådana här förändringar var väldigt, väldigt små. Men när bönder använde glyfosat år efter år på miljontals hektar grödor, “blir det som verkar nästan omöjligt osannolikt mer troligt”, säger Duke.
Mike Owen, ogräsforskare vid Iowa State University i Ames, jämför processen med ett lotteri. Om en person köper en lott är hans eller hennes chanser att vinna små. Men när miljoner människor spelar är chansen god att minst en person väljer den vinnande kombinationen av siffror. När ogräs besprutades med glyfosat varje år, var det som att miljarder växter köpte lotter om och om igen och försökte “vinna” resistens mot glyfosat. Så småningom skulle en del ogräs få jackpotten.
Det tog inte lång tid innan det hände. 1996 hittade australiensiska forskare ett ogräs som kallas styvt rajgräs som inte kunde dödas med normala nivåer av glyfosat. År 2001 rapporterade en forskare i USA om ett annat resistent ogräs, kallat hästgräs. Nu har minst 21 ogräsarter utvecklat glyfosatresistens.
Kopiera det
Ett av dessa ogräs kallas palmer pigweed. Det är en lummig växt som kan växa två eller tre tum per dag och nå 10 fot lång. “Du kan sitta där och lägga den på ditt skrivbord och se den växa”, säger Culpepper.
Dessa ogräs är särskilt bra på att bli resistenta mot glyfosat. De skickar bitar av DNA till varandra genom sina pollen, små partiklar som befruktar växter. Så om en palmer pigweed-växt räknar ut hur man bekämpar glyfosat, kan den ge informationen till en annan palmer pigweed. Varje befruktat ogräs kan göra ungefär en halv miljon frön. Många av dessa frön kan växa till nya resistenta ogräs.
Men hur ändrar dessa ogräs sitt DNA för att motstå glyfosat? Todd Gaines, en ogräsforskare vid University of Western Australia i Crawley, ville ta reda på det.
Glyfosat dödar normalt ogräs genom att fästa till en molekyl i växtceller som kallas ett enzym. Enzymet hjälper cellerna att tillverka andra molekyler som kallas aminosyror, som växterna behöver för att överleva. (Aminosyror är byggstenarna i proteiner, som spelar en roll i allt från att bygga vävnader till att förmedla signaler om hälsa och en växts miljö.) Men när glyfosat fastnar på
enzymet, enzymet fungerar inte längre.
Gaines team fann att resistenta palmer pigweed-växter innehåller extra kopior av ett segment av DNA. Kallas en gen, denna DNA-bit innehåller instruktioner för att göra enzymet riktat av glyfosat. Celler från den resistenta växten gjorde mycket mer av det enzymet – så många att glyfosat inte kunde blockera dem alla. Dessa växter kunde fortsätta växa normalt.
Mobilförråd
Andra ogräs har olika strategier för herbicidresistens. Till exempel lägger hästgräs mest glyfosat i ett växtcellfack som kallas en vakuol. En vakuol är som cellens förvaringsskjul, säger André d’Avignon, kemist vid Washington University i St. Louis. När glyfosat väl finns i det facket kan det inte skada växten.
D’Avignon tror att växterna kan använda en molekylär pump som kallas transportör för att stoppa in glyfosat i vakuolen. Transportören är som en dörr som släpper in molekyler i förrådet. Resistent ogräs kan ha fler av dessa dörrar på sina vacuoles eller öppna dörrarna oftare.
I ett experiment kylde d’Avignons team ner det resistenta ogräset. När ogräset var kallare var det mer sannolikt att de dödades av glyfosat. Kanske vid lägre temperaturer kan transportören inte släppa in så mycket glyfosat i vakuolerna. Så om bönder sprejar hästgräs med glyfosat när vädret är kallare, kan ogräsdödaren fungera bättre.
Utlista ogräset
Att bli av med resistenta ogräs kommer inte att vara lätt. Men bönder har sina egna knep.
De kan använda en blandning av herbicider. Om ett ogräs är resistent mot en herbicid, kanske en annan herbicid dödar det. Vissa ogräs är dock redan resistenta mot flera herbicider. Till exempel hittade Tranels team ogräs i Illinois som motstår fyra olika typer av ogräsdödande kemikalier.
Så bönder måste använda mer än en strategi för att bekämpa ogräs.
Vissa kanske planterar grödor som råg och sedan platta till dem. Den tillplattade rågen kommer att blockera solljus från att nå jorden och hindra ogräsfrön från att spira. Vissa ogräsfrön måste vara nära markytan för att gro, så bönder kan använda en plog för att gräva ner fröna djupare under jorden.
Forskare vid University of Western Australia är också arbetar på en grej som kallas frödestruktör. När bönder använder maskiner för att skörda sina grödor, plockar maskinerna upp ogräsfrön och spottar dem tillbaka på fältet. Fröförstöraren kommer att fånga upp fröna och mala upp dem.
Men ingen lösning kommer att skydda alla grödor, inser forskare. Detta innebär att många lösningar måste utvecklas för att hantera de många typer av ogräs som mobbar de många typerna av grödor på gårdar över hela världen.
Och ogräs är inte jordbrukarnas enda problem . Insekter, som vissa skalbaggar, kan äta och försvaga grödor. Genom att ändra majsens DNA har forskare gjort några majsgrödor som producerar gifter som dödar specifika insekter. Men precis som ogräs har vissa av dessa insekter börjat bli resistenta mot toxiner.
Varphastighetsvetenskap
Om bönder inte kan bekämpa ogräs och insekter kan de inte odla lika mycket mat. Och om de odlar mindre mat kan matpriserna stiga.
Många problem med ogräsresistens finns i majs- och sojabönor. Du kanske inte tror att du äter mycket av den maten. Men nästa gång du besöker snabbköpet, prova att läsa etiketterna på produkter som flingor, ketchup eller kakor. Många innehåller majs eller soja. Djur äter också majs och sojabönor, så priset på kött och ägg beror på dessa grödor.
Oräs påverkar mer än bara livsmedelsproduktion. Om bönder måste plöja sina åkrar för att bli av med ogräs kommer mer jord att sköljas eller blåses bort. Grödor kanske inte växer lika bra i den överblivna jorden, och bönder kan behöva använda fler kemikalier som kallas konstgödsel för att hjälpa grödorna att växa. Det gödselmedlet kan sköljas bort med jorden i floder och vattendrag och sedan hamna i havet, där det hjälper organismer som kallas alger att växa. Algerna faller så småningom till havsbotten, där de äts upp av bakterier som suger upp syre i havet. Syrebristningen driver bort fisk och kväver bottenlevande organismer som maskar och musslor.
Ogräs kommer på sätt att bekämpa herbicider så snabbt att det är svårt att hänga med. “Gräsvetenskap tillåter oss att se utvecklingen i varphastighet”, säger Tranel.
Power Words
Gräs: En växt som är oönskad .
Herbicid: En kemikalie som dödar växter, vanligtvis ogräs.
Glyfosat: En specifik herbicid som kan döda många sorters ogräs. Glyfosat hindrar växter från att producera vissa molekyler som kallas aminosyror, vilka växter behöver för att överleva.
DNA: De genetiska instruktionerna som talar om för celler vilka molekyler de ska göra.
Enzym: En molekyl som hjälper till att påskynda kemiska reaktioner.
Vakuol: Ett stort fack i en cell.
Leave a Reply