Banke sjemenja. Arhive biološke prošlosti i čuvari genetske baštine

Globalni monopol poljoprivrednog sjemenja dovodi do genetske uniformiranosti, dok se lokalne i tradicionalne sorte marginaliziraju, piše Tamara Čačev. Kako je sigurnost hrane neraskidivo povezana s genetskom raznolikošću, potreba za očuvanjem raznovrsnih sorti sjemenja osviještena je još prije više od stoljeća, a današnje banke sjemenja koriste brojne suvremene tehnologije kako bi daleko nadišle pasivno skladištenje.

• Naslovna ilustracija: Ulaz u globalnu banku sjemena u Svalbardu. (Czar / CC BY 2.0)

• Dr. sc. Tamara Čačev viša je znanstvena suradnica u Zavodu za molekularnu medicinu Instituta Ruđer Bošković. Čačev je također članica Savjeta Ideje.hr

Poljoprivreda je tijekom 20. stoljeća doživjela revoluciju koja nam je donijela je visoko produktivne hibride pšenice i riže, koji su spasili milijune ljudi od gladi. No, svaka revolucija ima svoju cijenu, jer su monokulture i intenziviranje poljoprivrede značajno smanjili broj tradicionalnih sorti i lokalnih varijeteta. Prema FAO-u, u posljednjih stotinu godina nestalo je više od 75% genetske raznolikosti usjeva. Sve je to ubrzalo proces genetske erozije tj. smanjenja raznolikosti unutar biljnih vrsta. Posljedice su manja otpornost usjeva, povećana ranjivost na patogene i smanjena prilagodljivost klimatskim promjenama. Stoga u eri klimatskih promjena, ubrzane urbanizacije i gubitka biološke raznolikosti, pitanje očuvanja genetskih resursa biljnog svijeta postaje jedno od ključnih za budućnost čovječanstva. Iz vlastitog primjera sjećam se raznih sorti starinskih jabuka iz voćnjaka moje prabake koje nisu bile možda ni posebno velike niti estetski primamljive ali su zato rodile svake godine u enormnim količinama što se za niti jednu voćku iz rasadnika koju smo kasnije posadili ne može reći. Više smo ih gledali kako ih ubija mraz i suša a plodove smo dočekali tek sporadično, sve naravno zato jer se radilo o biljkama koje su bile naizgled “univerzalne” te su se mogle prodavati posvuda i uzgajati u idealnim univerzalnim uvjetima ali im zapravo prilagodljivost nekom konkretnom staništu sa svim svojim manama nije bila jača strana.

Inicijativa stvaranja tzv. banki sjemena, koje sustavno prikupljaju i pohranjuju sjeme kultivara, tradicionalnih sorti te njihovih divljih srodnika, pojavila se već prilično rano tijekom 20. stoljeća. Danas se banke sjemena nalaze u središtu rasprava o sigurnosti hrane, održivoj poljoprivredi i klimatskoj otpornosti. One su mjesta na kojima se biološka raznolikost prevodi u dugoročnu strategiju opstanka. Sjeme nije samo izvor hrane već i nositelj milijuna godina evolucijske povijesti, genetskog koda koji biljke čini otpornima na sušu, bolesti i promjenjive ekološke uvjete. Zahvaljujući napretku molekularne biologije i biotehnologije, značaj banaka sjemena nadilazi konzervaciju te one postaju i laboratoriji za istraživanje, otkrivanje i potencijalnu transformaciju biljnog svijeta.

­­

Takozvani Doomsday Vault u Svalbardu najpoznatija je banka sjemena na svijetu. (Government.no)

Najpoznatija takva banka jest Svalbardska globalna banka sjemena u Norveškoj koju nazivaju još i Doomsday vault. Smještena je na samom rubu Arktika, oko 1.300 kilometara od Sjevernog pola u dubini permafrosta otoka Spitsbergen. Projektirana je da preživi potrese, poplave i geopolitičke krize, dakle većinu potencijalnih ugroza za sjemenski materijal u raznim dijelovima svijeta. U njoj je danas pohranjeno više od 1,2 milijuna uzoraka. Objekt je smješten 130 metara iznad razine mora, kako bi bio zaštićen i u slučaju podizanja oceana zbog klimatskih promjena. Debeli slojevi stijena štite ga od potresa i ljudskih prijetnji.  Pristup je strogo ograničen te samo mali broj ljudi na svijetu posjeduje dozvolu za ulazak. Prilaz objektu podsjeća na scenografiju iz SF filmova. Na površini je vidljiv betonski ulazni portal osvijetljen umjetničkom instalacijom koja noću svijetli plavkasto-zelenim svjetlom, simbolizirajući život zamrznut u vremenu. Ulaz vodi u 120 metara dugu betonsku galeriju koja se postupno spušta u unutrašnjost planine. Na kraju hodnika nalaze se troja masivna, protueksplozijska vrata iza kojih su tri odvojene komore za skladištenje sjemena. Radi se o golim betonskim prostorijama bez prozora u kojima su metalne police poredane u redove te su vidljive tisuće aluminijskih kutija. Temperatura se održava na -18 °C pomoću rashladnih sustava, no i u slučaju nestanka struje prirodni permafrost drži prostor u primjereno hladnim uvjetima.

Svaka pošiljka sjemena u ovu banku dolazi pažljivo zapakirana: sjeme se najprije suši kako bi mu se smanjio sadržaj vode, zatim se pakira u hermetički zatvorene aluminijske vrećice, a one se pohranjuju u čvrste kutije. Takve “trostruke barijere“ štite sjeme od vlage, kisika i mikroorganizama. Jednom kada se pohrani, sjeme se ne otvara niti testira u Svalbardu. Vijabilnost i regeneracija provode se u matičnim nacionalnim ili regionalnim bankama koje su uzorke deponirale. Za razliku od drugih banaka sjemena, Svalbard nema stalno zaposlene istraživače. Objekt je pod upravom norveške vlade, u suradnji s međunarodnom organizacijom Crop Trust i Nordijskim centrom za genetske resurse (NordGen).

Lokalno održavanje obavljaju tehničari i logističko osoblje koje dolazi iz obližnjeg naselja Longyearbyen, najsevernijeg grada na svijetu. Znanstvenici i predstavnici država dolaze samo povremeno, prilikom novih deponiranja sjemena. Bitno je naglasiti da sjeme ostaje u vlasništvu zemlje ili institucije koja ga je poslala. Norveška se obvezala da nikada neće otvarati pakete niti koristiti sjeme već se ono vraća vlasnicima samo na njihov zahtjev. Njena praktična uloga već je dokazana nakon razaranja sirijske banke sjemena u Alepu, kada su  znanstvenici ICARDA 2015. povukli uzorke iz Svalbarda, regenerirali ih u Maroku i Libanonu, te ponovno pohranili. Sve ovo čini Svalbard jedinstvenim simbolom međunarodne suradnje i povjerenja. U svijetu punom političkih napetosti, gotovo sve zemlje, od SAD-a do Sjeverne Koreje, poslale su svoje uzorke u ovu arktičku tvrđavu.

­
Dio kolekcije sjemenja cvjetnih biljaka u Millennium Seed Banku.

No, uz ovu banku postoji i gotovo 1.700 drugih banaka po svijetu, od kojih ću navesti  samo najznačajnije poput Millennium Seed Bank u Velikoj Britaniji, s kolekcijom koja obuhvaća više od 2,4 milijarde sjemenki iz 190 zemalja. Poseban naglasak stavljen je na ugrožene biljne vrste, pa ova banka funkcionira i kao konzervacijska institucija za očuvanje ekosustava. Radi se o najvećoj ex situ kolekciji divljih biljaka na svijetu. Poseban fokus dan je na na ugrožene vrste i bilje važno za ekosustave (ne samo za hranu).

Zatim je tu već prije spomenuta ICARDA Gene Bank (Međunarodni centar za istraživanje u sušnim područjima, Libanon/Maroko) specijalizirana za biljke važne u suhim i polusušnim regijama (npr. leća, slanutak, pšenica durum). Prvotno se nalazila u Alepu ali je zbog rata evakuirana.

Kao dio USDA programa uspostavljen je i National Center for Genetic Resources Preservation (SAD, Colorado) u kojem se čuva 600.000 uzoraka sjemena i biljnog tkiva. Uz sjeme, u ovoj su banci pohranjeni i izolati DNA, pelud i mikrobne kolekcije. Naglasak ove banke je na očuvanju američkih poljoprivrednih kultura i njihovih divljih srodnika.

Australian Seed Bank Partnership (Australija) ima fokus na na divlje i endemske vrste Australije koje su ugrožene požarima i klimatskim promjenama a cilj je sačuvati 75% svih australskih ugroženih biljnih vrsta do 2030.

Ne treba zaobići ni Vavilov Institute of Plant Industry u Petrogradu, osnovan daleke 1921. s dalekovidnim i ambiciozno postavljenim ciljem stvaranja prve i najveće svjetske kolekcije sjemena. Utemeljio ju je genetičar Nikolaj Vavilov, a do 1933. Godine u ovoj banci bilo jr pohranjeno sjeme iz svih država svijeta te je već onda u kolekciji bilo oko 145 tisuća uzoraka. Tijekom opsade Lenjingrada u Drugom svjetskom ratu, znanstvenici su čuvali sjeme od uništenja, gladi i krađe te je njih 19 umrlo od izgladnjivanja, ali nisu koristili pohranjene uzorke. U povijesti ove banke bilo je i mnogih politički motiviranih prevrata kako to biva u tim krajevima svijeta.

Očuvanje sjemena nije jednostavan proces budući da svaka biljna vrsta ima specifične fiziološke zahtijeve te se temelji na kombinaciji drevnih znanja ali i visoke tehnologije. Sjeme između ostalog može ući u stanje dormantnosti, u kojem se ne pokreće klijanje sve dok ne nastupi pravi trenutak. Niti jedno sjeme ne živi vječno te iako postoje slučajevi kada je “oživjela” datulja iz ploda starog  2000 godina s arheoloških iskopina, takvi slučajevi su iznimka. Najčešći oblik dormantnosti sjemena ujedno je i najteži za savladati. Radi se o sjemenu koje upije vodu, metabolizam im se nakratko aktivira, a zatim se ponovno ugasi i sjeme nastavlja u dormantnu fazu. Ključnu ulogu u tome imaju dva hormona: apscizinska kiselina (ABA), koja koči diobu i rast stanica, te giberelin (GA), koji ih potiče. Dokle god prevagu ima ABA, sjeme ostaje u dormantnom stanju. Novija istraživanja pokazala su da i protein DOG1 sudjeluje u održavanju dormantnosti, djelujući preko drugih gena i proteina.

Model uloga hormona ABA i proteina DOG1 u dugotrajnom mirovanju sjemenja. (Preuzeto iz Née et al. (2017). DELAY OF GERMINATION1 requires PP2C phosphatases of the ABA signalling pathway to control seed dormancy. Nature Communications. 8. 72. 10.1038/s41467-017-00113-6. )

Mnogim sjemenkama upravo kombinacija ABA i DOG1 omogućuje dugotrajno mirovanje. I dok neka sjemena u tom uspavanom stanju mogu nadživjeti ljude, mnoga ipak ostare i izgube potencijal za klijanje, čak i pod idealnim uvjetima skladištenja. Poznato je kako pohrana sjemena na nižim temperaturama usporava njegov metabolizam te produžuje klijavost. Stoga se u takvim specijaliziranim bankama sjemena ono čuva na temperaturama -18 °C (primjer za to su sjeme pšenice i kukuruza) ili se čak smrzava na -196 °C u tekućem dušiku (tzv. krioprezervacija, primjer za to su kakao i hrast). Svako smrzavanje naravno zahtijeva specifične načine zaštite membrana stanica i enzima od tako niskih temperatura. Jasno je da ne smije u tom procesu biti kristalizacije vode u velike kristale jer će oni razoriti tkivo sjemena te ga nećemo više moći oživjeti.

Prisjetimo se kako povrće nakon smrzavanja u kućnoj radinosti nije isto kao svježe ubrano, naprosto omlohavi što je posljedica upravo neprofesionalnog načina kako je smrznuto. Ovih dana je sezona paprika pa mi eto pada napamet ovaj primjer – one nikad nakon smrzavanja neće imati svojstva svježe paprike. Također, postoje biljke koje se ne mogu skladištiti u obliku sjemena poput banana te ih stoga treba stalno održavati u kulturi biljnog tkiva kako bi se po potrebi mogle iskoristiti. Na svom pohranjenom sjemenu treba provoditi periodičko testiranje klijavosti jer redovito obnavljanje uzoraka osigurava da kolekcija ostane vitalna. Ako se bavite vrlarenjem sigurno znate kako je na svakoj vrećici sjemena definiran rok trajanja što zapravo znači rok do kojeg je garantirana adekvatna klijavost. To naravno ne znači da drugi dan po isteku roka neće niknuti ništa, no postotak klijavosti će početi značajno opadati nakon tog datuma. Također se prate molekularni biljezi starenja sjemena kao što su oksidativni stres i oštećenje DNA, zatim peroksidacija lipida u membranama. Rade se i proteomske analize kojima se utvrđuje gubitak enzima bitnih za rani razvoj klice. Bitan je također i epigenetski profil sjemena koji se mijenja uslijed starenja te u bitnoj mjeri regulira ekspresiju gena bitnih za klijanje.

Hladna prostorija u kojoj se čuva sjeme. (Dag Endresen / CC BY 3.0)

Današnje banke sjemena stoga daleko nadilaze pasivno skladištenje. Razvoj genomike, sekvenciranja i tehnologija poput CRISPR-Cas9 omogućio je dublje razumijevanje i ciljano iskorištavanje genetskog potencijala pohranjenih biljaka. Sustavnim mapiranjem DNA pohranjenih uzoraka se dobiva katalog korisnih mutacija i adaptacija. Molekularni “biljezi” (SNP i mikrosatelitni lokusi u genomu), koji se na taj način otkrivaju, olakšavaju preciznu identifikaciju varijeteta i praćenje genetske raznolikosti, dok tehnike genomske selekcije ubrzavaju razvoj sorti tolerantnih na stres. CRISPR-Cas9 i srodne tehnologije omogućuju uvođenje korisnih genskih varijanti iz divljih srodnika u kultivirane sorte. Nove studije pokazuju da sjeme ima i svoj endofitni mikrobiom tj. bakterije i gljive koje žive unutar sjemena. Korisne bakterije (Bacillus, Pseudomonas) proizvode antimikrobne peptide i smanjuju rast patogena. Endofitne gljive (Trichoderma) stvaraju enzime i antioksidanse koji štite od oksidativnog stresa. Stoga se danas provode istraživanja inokulacije sjemena korisnim mikrobima prije pohrane kako bi mu se produžila vitalnost.

No, u bankama sjemena ne ide sve uvijek glatko budući da je za tako iznimno velike poduhvate u opsegu i trajanju potrebno stabilno financiranje što je, naravno, uvijek izazov. Također, unatoč velikom broju biljaka čije je sjeme pohranjeno u ove banke, još uvijek postoje neke vrste, poput tropskih voćki, koje nije moguće pohraniti na dugi rok u ovakvim ustanovama. U novije vrijeme pokrenulo se i pitanje vlasništva nad sjemenenom, budući da je jasno kako se radi o jednom od bitnih genetskih resursa. Dok banke sjemena nastoje očuvati biološku raznolikost kao globalno zajedničko dobro, tržište komercijalnog sjemena kreće se u suprotnom smjeru. Posljednjih desetljeća, nekoliko multinacionalnih kompanija konsolidiralo je kontrolu nad globalnom proizvodnjom i distribucijom sjemena.

Danas tri najveće korporacije, Bayer-Monsanto, Corteva (DowDuPont) i ChemChina-Syngenta, drže više od 60% svjetskog tržišta komercijalnog sjemena. Veliki proizvođači ne prodaju samo sjeme već patentiraju genetske varijante i hibridne linije, kao i preparate za njihovo optimalno uzgajanje, što poljoprivrednike prisiljava da svake godine kupuju novo sjeme, umjesto da ga sami čuvaju i obnavljaju. Time se sjeme, koje je tisućama godina bilo kulturno i biološko zajedničko dobro, pretvara u privatnu imovinu.

Posljedice monopola su genetska uniformiranost i fokusiranost samo na sorte visokog prinosa, dok se lokalne i tradicionalne sorte marginaliziraju. Poljoprivrednici također postaju ekonomski vezani uz nekoliko globalnih dobavljača. I konačno, oslanjanje na ograničen broj sorti čini globalni prehrambeni sustav ranjivim na bolesti i predstavlja rizik za sigurnost hrane. Mnoge zemlje ovise o uvozu sjemena, iako imaju vlastite autohtone sorte koje bi mogle biti konkurentne da su sustavno očuvane.

Hrvatska, iako mala zemlja, posjeduje bogato biljno nasljeđe. Tradicionalne sorte nisu samo agronomski resurs, već i dio kulturnog identiteta. Stoga se 2023. i Hrvatska priključila sa svojim uzorcima u banci na Svalbardu, deponiravši 161 uzorak iz Nacionalne banke biljnih gena. Time se domaće autohtone sorte, od tradicionalnih žitarica do povrća, štite od mogućeg nestanka i postaju dio svjetske genetske baštine.

Banke sjemena nisu tek arhiv biološke prošlosti već je potreba za ovakvim ustanovama davno osviještena, jer znamo da je sigurnost hrane neraskidivo povezana s genetskom raznolikošću. U vremenu sve bržih klimatskih i društvenih promjena, ulaganje u očuvanje sjemena zapravo je ulaganje u budućnost čovječanstva, stoga bismo u idealnom svijetu svi trebali podržati dugoročni opstanak ovakvih inicijativa, pogotovo za ono sjeme čije domicilne države nemaju adekvatne resurse kako bi ga sačuvale.

• Literatura

1) Zimmer K (2025). The surprisingly tricky art of seed banking. https://knowablemagazine.org/content/article/living-world/2025/seed-banking-to-preserve-rare-plants

2) TIME Magazine (2017). The Doomsday Vault: The World’s Safest Storage for Seeds: https://time.com/4728508/doomsday-world-vault-safe

3) https://poljoprivreda.gov.hr/vijesti/u-globalnu-riznicu-sjemena-u-norveskoj-po-prvi-puta-pohranjene-hrvatske-primke/6001

4) Gómez-Upegui S, Liu R (2022) . Seed banks: the last line of defense against a threatening global food crisis. The Guardian. https://www.theguardian.com/environment/2022/apr/15/seed-banks-the-last-line-of-defense-against-a-threatening-global-food-crisis