Čeští vědci zjišťují, jak rostliny snášejí sucho i mrazy. A posílají je i do vesmíru

Sucho, teplotní výkyvy nebo jarní přímrazky nutí vědce i zemědělce hledat nové způsoby, jak zvýšit odolnost plodin vůči měnícím se klimatickým podmínkám. Hostem pořadu Science Lab na platformě FocusOn, která je partnerem festivalu Academia Film Olomouc (AFO), byl Lukáš Spíchal z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN) Univerzity Palackého v Olomouci. V rozhovoru přiblížil, jak vědci pomocí fenotypizace, optických senzorů a umělé inteligence sledují reakce rostlin na prostředí a pomáhají šlechtit odolnější odrůdy. Výzkum olomouckých odborníků navíc zamíří i na Mezinárodní vesmírnou stanici ISS.

Spotify

Tradiční pohled na zemědělství se mění díky propojení biologie, technologií a datové analýzy. Klíčovým nástrojem se stává fenotypizace rostlin. Zatímco genotyp představuje soubor genů a určuje potenciál rostliny, fenotyp zahrnuje její skutečné projevy v konkrétním prostředí.

Rostliny jsou přisedlé organismy a nemohou se před nepříznivými podmínkami přesunout jinam. Jejich vzhled, růst i fungování proto výrazně ovlivňuje okolní prostředí. Vědci z divize CATRIN Biosciences se zaměřují na neinvazivní monitoring, který umožňuje sledovat vývoj rostlin v čase bez jejich poškození.

„Fascinovala mě možnost neinvazivně, tedy bez zásahu do organismů, popisovat nejen to, jak vypadají, ale také to, jak fungují uvnitř,“ vysvětluje vedoucí divize Lukáš Spíchal.

Tento přístup překonává limity tradičních metod, kdy odběr vzorku poskytuje informace pouze v jednom konkrétním okamžiku a neumožňuje sledovat průběžné změny během dne či noci.

Unikátní technologické zázemí v Olomouci

Olomoučtí vědci začali budovat své technologické zázemí už v roce 2013, kdy patřili mezi průkopníky fenotypizace rostlin v České republice. K analýze využívají širokou škálu optických technologií. Vedle klasických RGB kamer pracují také s fluorescenčními, termálními a hyperspektrálními kamerami. Výhodou celého systému je možnost testovat rostliny v plně kontrolovaném prostředí, kde lze přesně nastavovat teplotu, vlhkost i intenzitu osvětlení.

Díky tomu mohou vědci simulovat různé klimatické scénáře a sledovat, jak na ně jednotlivé rostliny reagují.

Desetiletý proces šlechtění

Šlechtění nových odrůd patří mezi časově nejnáročnější procesy v zemědělství. Vývoj nové odrůdy obvykle trvá osm až deset let.

Přestože mají šlechtitelé k dispozici stále přesnější genetické analýzy, konečný výsledek vždy ovlivňuje prostředí, ve kterém rostlina roste. Právě zde pomáhá fenotypizace identifikovat jedince, kteří vykazují požadované vlastnosti, například vyšší odolnost vůči suchu. Podle Spíchala však neexistuje jeden univerzální gen, který by problém klimatických změn vyřešil.

„Rostlina, která bude v budoucnu schopná dobře odolávat nepříznivým podmínkám, by podle mě měla být velmi plastická ve svém fenotypu, tedy ve svém vnějším projevu,“ říká. Klíčová je podle něj schopnost adaptace. Rostliny se totiž musí současně vyrovnávat se suchem, vysokými teplotami, mrazy i zvýšeným tlakem škůdců.

Významnou výhodou fenotypizační linky je možnost vytvářet přesně definované podmínky a sledovat reakce velkého množství rostlin současně. Vědci mohou měnit teplotu, vlhkost i osvětlení a simulovat prostředí, se kterým se rostliny setkávají v přírodě. Díky tomu získávají detailní informace o jejich schopnosti přizpůsobit se měnícím se klimatickým podmínkám.

Inteligentní senzory přímo na rostlinách

Výzkum se postupně přesouvá také z laboratoří do praxe. Zatímco půdní senzory měřící vlhkost, teplotu nebo vodivost jsou v zemědělství běžné, současný vývoj směřuje k monitorování jednotlivých rostlin.

Ve spolupráci s materiálovými vědci vznikají nové typy senzorů, které lze aplikovat přímo na rostlinu. Fungují podobně jako senzory využívané například při sledování hladiny glukózy u diabetiků. Tyto materiály dokážou zachytit chemické signály, které rostlina vysílá do svého okolí, a převést je do měřitelných dat.

Přenos výsledků výzkumu do průmyslové praxe však podle Spíchala vyžaduje úzkou spolupráci mezi vědci, vývojáři a firmami. „My vědci obvykle nepřicházíme s řešením, které by průmysl mohl okamžitě začít vyrábět. Právě proto jsou důležité mezičlánky, které dokážou vědecké poznatky převést do srozumitelné podoby pro průmysl,“ vysvětluje.

Česká stopa ve vesmíru. Ječmen zamíří na ISS

Olomoucký výzkum překračuje hranice Země. V roce 2027 by se měl český astronaut Aleš Svoboda zúčastnit mise na Mezinárodní vesmírnou stanici (ISS), jejíž součástí bude i biologický experiment připravovaný za účasti vědců z CATRIN.

Úkolem astronauta bude po dobu jednoho týdne obsluhovat zařízení vybavené optickými a elektrochemickými senzory z dílny českých vědců. Cílem experimentu je sledovat, jakým způsobem klíčí ječmen v extrémních podmínkách mikrogravitace a kosmického záření. Data získaná z této mise pomohou vědcům lépe pochopit, jak se rostliny dokážou adaptovat na zcela odlišné prostředí, a přispějí k výzkumu budoucího pěstování rostlin ve vesmíru i dlouhodobých kosmických misí.

Celý rozhovor si můžete pustit jako video nebo podcast. Dozvíte se také:

1. Která konkrétní politická rozhodnutí v USA ovlivnila mezinárodní vědecké projekty zaměřené na klima a jak na tuto situaci reagovali američtí vědci?
2. Co Lukáš Spíchal prozradil o své loňské zkušenosti porotce na 60. ročníku festivalu Academia Film Olomouc (AFO)?
3. V jakém vícejazyčném rodinném prostředí Lukáš Spíchal žije a jaké animované dokumenty o evoluci sleduje společně se svými dětmi?
4. Jak probíhalo nečekané půlhodinové setkání s mladým farmářem během Noci vědců a jaká komunikační bariéra se tehdy ukázala?
5. Jak na otázku o budoucnosti evropské krajiny za 20 let reagovala manželka Lukáše Spíchala, která je zároveň jeho blízkou kolegyní v ústavu?