sumber gambar, Gambar Getty
Seorang ilmuwan Cina menunjukkan benih berkecambah dari luar angkasa.
Mengirim benih dalam perjalanan singkat ke luar angkasa membantu para ilmuwan mengembangkan varietas tanaman baru yang dapat berkembang dalam iklim yang berubah dan memberi makan populasi dunia yang terus bertambah.
Sepintas, biji gandum ini mirip dengan gandum lainnya, hasil panennya bergoyang tertiup angin di seluruh dunia.
Tapi ladang gandum yang luas di timur laut China ini tidak ditanami biji gandum biasa – mereka dibuat di luar angkasa.
Tanaman ini dibiakkan dari biji yang diterbangkan ke orbit sejauh 340 kilometer di atas permukaan bumi.
Di luar angkasa, dengan gravitasi rendah dan di luar perisai magnet pelindung Bumi, benih mengalami perubahan halus dalam DNA-nya.
Ini membuat mereka lebih toleran kekeringan dan lebih mampu melawan penyakit tertentu.
Gandum ini adalah contoh dari semakin banyak varietas baru tanaman pangan penting yang dibiakkan di pesawat ruang angkasa dan stasiun ruang angkasa saat mereka mengorbit planet kita.
Di sana mereka mengalami gayaberat mikro dan dibombardir oleh sinar kosmik, yang memicu tanaman untuk bermutasi – sebuah proses yang dikenal sebagai mutagenesis ruang angkasa.
Sementara beberapa mutasi dapat membuat tanaman tidak dapat tumbuh, beberapa mutasi sebenarnya bermanfaat bagi tanaman.
Beberapa menjadi lebih kuat dan mampu menahan kondisi pertumbuhan yang lebih ekstrim, sementara yang lain menghasilkan lebih banyak hasil atau tumbuh lebih cepat atau membutuhkan lebih sedikit air.
Ketika dibawa kembali ke Bumi, benih dari tanaman luar angkasa ini menjalani penyaringan yang cermat dan pembiakan lebih lanjut untuk membuat versi yang cocok untuk ditanam di Bumi.
sumber gambar, Gambar Getty
Para ilmuwan menanam benih padi yang dimodifikasi oleh mutagenesis luar angkasa di Akademi Ilmu Pertanian China.
“Mutagenesis luar angkasa menghasilkan mutasi yang sangat baik,” kata Liu Luxiang, pakar terkemuka China tentang mutagenesis luar angkasa dan direktur Pusat Nasional untuk Mutagenesis Luar Angkasa untuk Perbaikan Tanaman di Institut Ilmu Tanaman dari Akademi Ilmu Pertanian China di Beijing.
Luyuan 502, misalnya, memiliki hasil 11% lebih banyak daripada varietas gandum standar yang ditanam di Cina.
Varietas ini juga memiliki toleransi kekeringan yang lebih baik dan ketahanan yang lebih kuat terhadap hama gandum yang paling umum, menurut Badan Energi Atom Internasional, yang mengoordinasikan kerja sama internasional dalam penggunaan teknik berbasis iradiasi untuk menciptakan jenis tanaman baru.
“Luyuan 502 adalah kisah sukses yang nyata,” kata Liu. “Dia memiliki potensi panen dan kemampuan beradaptasi yang sangat tinggi. Itu dapat dibudidayakan di daerah yang berbeda dengan kondisi yang berbeda.”
Kemampuan beradaptasi inilah yang membuat Luyuan 502 populer di kalangan petani di seluruh lanskap pertanian China yang sangat beragam, dengan berbagai kondisi iklim.
Selain gandum, ilmuwan Cina telah menghasilkan beras, jagung, kedelai, alfalfa, wijen, kapas, semangka, tomat, paprika manis, dan banyak jenis sayuran lainnya.
Mereka telah melakukan puluhan misi untuk membawa benih tanaman ke orbit. Ilmuwan China merilis tanaman luar angkasa pertama – sejenis lada yang disebut Yujiao 1 – pada tahun 1990.
Dibandingkan dengan varietas lada konvensional yang ditanam di China, Yujiao 1 menghasilkan buah yang jauh lebih besar dan lebih tahan terhadap penyakit, kata Liu.
Kemunculan China sebagai kekuatan luar angkasa global dalam beberapa dekade terakhir telah memungkinkannya mengirim ribuan benih ke orbit.
Pada bulan Mei tahun ini, 12.000 benih, termasuk beberapa jenis rumput, gandum, alfalfa dan jamur, dikirim kembali dari kunjungan enam bulan ke stasiun ruang angkasa Tianhe China sebagai bagian dari misi Shenzhou 13.
China bahkan telah mengirimkan benih padi untuk perjalanan pulang pergi ke bulan bersamaan dengan misi Chang’e-5 yang menempatkan para astronot ke permukaan bulan pada November 2020.
sumber gambar, Gambar Getty
Radiasi energi tinggi di luar angkasa dapat memicu mutasi pada benih yang dapat menghasilkan sifat yang lebih baik dan disukai pada tanaman penting seperti padi.
Menurut laporan berita di China, benih padi dari bulan ini telah berhasil menghasilkan benih di laboratorium setelah mereka kembali ke Bumi.
“Kami mendapat banyak manfaat dari program luar angkasa China,” kata Liu.
“Kita bisa menggunakan satelit di platform tinggi, juga menggunakan pesawat luar angkasa berawak untuk mengirim benih kita ke luar angkasa hingga dua kali setahun dan menggunakan peralatan di luar angkasa untuk perbaikan tanaman.”
Benih dikirim dalam perjalanan yang dapat berlangsung hanya dari empat hari hingga beberapa bulan. Dalam lingkungan yang tidak biasa ini, sejumlah perubahan dapat terjadi pada benih dan tanaman.
Pertama, radiasi matahari dan kosmik berenergi tinggi dapat merusak materi genetik dalam benih itu sendiri, yang menyebabkan mutasi atau penyimpangan kromosom yang diturunkan ke generasi mendatang.
Dalam kebanyakan kasus, ilmuwan Cina menerbangkan benih ke luar angkasa dan kemudian berkecambah di tanah setelah benih kembali ke Bumi.
Benih tersebut kemudian disaring untuk sifat-sifat unggul bila dibandingkan dengan varietas tanaman yang lebih tradisional.
Para ilmuwan mencari perubahan yang mengarah pada buah yang lebih besar, kebutuhan air yang lebih rendah, profil nutrisi yang lebih baik, ketahanan terhadap suhu tinggi dan rendah atau ketahanan terhadap penyakit.
Dalam beberapa kasus, mutasi langka dapat menyebabkan terobosan dalam hasil panen atau resistensi.
Tanaman yang paling menjanjikan kemudian dikembangbiakkan lebih lanjut, hingga peneliti menemukan varian unggul yang dapat memenuhi kebutuhan petani.
Meski begitu, China, yang saat ini memimpin dalam mutagenesis luar angkasa, bukanlah negara pertama yang bereksperimen dengan pengembangbiakan di luar angkasa.
Pendekatan ini memiliki prinsip yang sama dengan mutagenesis nuklir, yang telah ada sejak akhir 1920-an.
Mutagenesis nuklir mempercepat proses mutasi yang terjadi secara alami pada DNA organisme hidup dengan memaparkannya pada radiasi.
Tapi sementara mutagenesis nuklir menggunakan sinar gamma, sinar-X dan sinar ion dari sumber terestrial, mutagenesis ruang angkasa bergantung pada paparan sinar kosmik yang menyelimuti ruang di sekitar planet kita.
Di Bumi, kita dilindungi dari sinar berenergi tinggi ini oleh medan magnet dan atmosfer yang tebal, tetapi di orbit, pesawat ruang angkasa dan satelit terus-menerus terpapar radiasi ini, yang sebagian besar berasal dari Matahari.
Baik mutagenesis ekstraterestrial dan mutagenesis nuklir dapat mempersingkat waktu pengembangan varietas tanaman baru hingga setengahnya, menurut Shoba Sivasankar, yang memimpin kelompok Pemuliaan Tanaman dan Genetika bersama dari Badan Energi Atom Internasional (IAEA) dan Organisasi Pangan dan Pertanian Amerika Serikat. Bangsa (FAO).
Laboratorium nuklir IAEA di Seibersdorf, terletak 35 kilometer tenggara Wina, Austria, adalah pusat global untuk mutagenesis nuklir.
Negara anggota yang tidak memiliki fasilitas nuklir dapat mengirimkan benih, stek tanaman atau bibit ke tim Sivasankar untuk iradiasi.
“Hanya membutuhkan waktu beberapa menit untuk menyinari benih dengan iradiasi nuklir, tetapi proses ini membutuhkan pengetahuan dan keahlian yang cukup besar,” kata Sivasankar.
“Setiap varietas memiliki toleransi yang berbeda. Jika benih diberi dosis terlalu tinggi, atau disimpan di iradiator terlalu lama, Anda dapat menghancurkannya. Mereka tidak akan berkecambah.
“Jika Anda tidak memberikan radiasi yang cukup, Anda tidak dapat menghasilkan cukup banyak mutasi dan malah mendapatkan generasi yang terlihat sama dengan pendahulunya.”
sumber gambar, Akademi Ilmu Pertanian Tiongkok
Sawah dengan biji yang dihasilkan dari mutagenesis luar bumi.
Divisi aplikasi nuklir didirikan pada tahun 1964. Pada akhir 1920-an, percobaan menggunakan sinar-X untuk menginduksi mutasi pada gandum, labirin, beras, gandum dan barley, memicu minat ahli botani di seluruh dunia.
Pada 1950-an sebagian besar negara maju memiliki program pemuliaan nuklir mereka sendiri, dan mereka bereksperimen tidak hanya dengan sinar-X tetapi juga dengan sinar UV dan sinar gamma.
“Saat itu, ada banyak upaya serupa di Eropa dan Amerika Utara,” kata Sivasankar.
“Banyak varietas baru yang dibuat dengan bantuan mutagenesis nuklir telah dirilis. Namun dalam dua hingga tiga dekade terakhir, banyak dari negara-negara ini telah meninggalkan teknik tersebut. Terutama AS telah beralih ke teknologi transgenik, yaitu penyisipan potongan DNA asing ke dalam genom tanaman di laboratorium.”
Mutagenesis nuklir, bagaimanapun, belum sepenuhnya hilang. Negara-negara di kawasan Asia Pasifik mempertahankan momentum yang dipimpin oleh China yang semakin percaya diri.
China melihat upaya untuk meningkatkan kumpulan genetik tanaman pertaniannya sebagai keharusan.
Pertumbuhan populasi di kawasan Asia Pasifik menimbulkan risiko kekurangan pangan yang paling parah, kata mereka.
Melalui mutagenesis nuklir dan mutagenesis luar angkasa, China sendiri telah mengembangkan dan memperkenalkan lebih dari 800 varietas baru, meningkatkan semua karakteristik utama dibandingkan dengan tanaman asli, menurut IAEA.
sumber gambar, Gambar Getty
Selada dimodifikasi dengan iradiasi.
Tetapi satu pertanyaan tetap: mengapa mengirim benih ke luar angkasa ketika hal yang sama dapat dilakukan di laboratorium di Bumi?
Liu mengakui bahwa mengirim benih ke luar angkasa lebih mahal daripada menempatkannya di iradiator berbasis darat.
Namun, perjalanan benih yang lebih sering ke luar angkasa tampaknya memberikan hasil yang lebih menarik.
“Kami melihat frekuensi mutasi baik yang lebih tinggi saat melakukan mutagenesis ruang angkasa daripada dari sinar gamma,” kata Liu.
“Di ruang angkasa, intensitas radiasi jauh lebih rendah, tetapi benih terpapar dalam jangka waktu yang lebih lama. Apa yang kita sebut transmisi energi linier partikel dan efek biologis keseluruhan lebih tinggi di ruang angkasa dan ada tingkat kerusakan benih yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan yang ada di luar angkasa.” disinari di laboratorium.”
Dalam iradiator, benih menerima ion dosis besar – dari 50 hingga 400 sinar – selama beberapa detik, kata Liu. Sementara itu, benih dalam perjalanan ruang angkasa selama seminggu hanya terpapar dua miligram.
Akibatnya, hingga 50% benih yang diproses di Bumi tidak dapat bertahan saat ditanam, sementara hampir semua benih yang diterbangkan ke luar angkasa biasanya berkecambah, tambahnya.
“Semua teknik ini sangat berguna dan membantu kami memecahkan beberapa masalah yang sangat nyata,” kata Liu.
sumber gambar, Gambar Getty
Menanam tomat dengan radiasi sinar Gamma.
Sekarang tampaknya ada minat baru dari belahan dunia lain untuk menanam makanan di luar angkasa.
Tujuan mereka, untuk mengembangkan varietas tanaman baru untuk memberi makan dunia dengan perubahan iklim yang memburuk.
Sebagian besar penelitian yang sekarang dilakukan tentang menanam benih tanaman di luar angkasa bertujuan untuk membantu para astronot memberi makan diri mereka sendiri saat dalam misi.
Astronot di Stasiun Luar Angkasa Internasional, misalnya, telah memanen selada romaine sejak 2015 untuk dimakan para astronot.
Menanam makanan di luar angkasa mungkin memang bermanfaat bagi para astronot yang akan dikirim misi ke planet lain, namun tanaman mutagenesis ini ternyata jauh lebih bermanfaat bagi kita yang tetap tinggal di Bumi.