อุณหภูมิ ที่เพิ่มสูงขึ้นอย่างรวดเร็วในเวลากลางคืนกำลังสร้างปัญหาให้ข้าวและพืชผลหลักชนิดอื่นๆ ซึ่งไม่สามารถต้านทานความร้อนในช่วงเวลากลางคืนได้ดีนัก
เมื่อดวงอาทิตย์ลับขอบฟ้าในยามเย็น อุณหภูมิ ที่เรือนกระจกบนดาดฟ้าของสถาบันชีววิทยา มหาวิทยาลัยรัฐอาร์คันซอยังระอุถึงราว 26-32 องศาเซลเซียส เหล่าต้นข้าวนานาพันธุ์ถูกปลูกใส่กระถางแยกเป็นพื้นที่สองส่วนในเรือนกระจก และจะเติบโตอยู่ในเรือนกระจกนี้เกือบตลอดคืน
พื้นที่แรกในเรือนกระจกควบคุมอุณหภูมิในระดับใกล้เคียงกับอุณหภูมิภายนอก ขณะที่พื้นที่อีกส่วนหนึ่ง มีการเพิ่มอุณหภูมิในเรือนกระจกขึ้น 4 องศาเซลเซียส และในส่วนนี้พบว่าดอกข้าวเหี่ยวลู่ลงจากต้น เพราะการเติบโตหยุดชะงักจากความร้อน
การค้นพบนี้เป็นเรื่องใหญ่ประจำวันสำหรับโครงการวิจัยของ Argelia Lorence อาจารย์สาขาวิศวกรรมกระบวนการสร้างและสลายและทีมนักวิจัย เพราะขณะที่วิกฤตสภาพภูมิอากาศทำให้โลกมีอุณหภูมิในช่วงกลางวันสูงขึ้นทำสถิติ อุณหภูมิในช่วงกลางคืนกลับสูงขึ้นอย่างรวดเร็วยิ่งกว่า ซึ่งเป็นปัญหาใหญ่สำหรับมนุษย์และเหล่าสัตว์ต่างๆ ที่ดิ้นรนเอาตัวรอดเพื่อทำให้อุณหภูมิในตัวเย็นลงในช่วงเวลากลางคืน และเป็นวิกฤตของเหล่าพืชพันธุ์ที่มีกลไกการป้องกันตนเองในเวลากลางคืนน้อยกว่า ก่อให้เกิดภัยคุกคามอันใหญ่หลวงต่อระบบอาหารทั่วโลก
Argelia Lorence อธิบายว่า พืชต้องใช้อุณหภูมิที่เย็นลงในช่วงเวลากลางคืนในการสังเคราะห์แสง ซึ่งกระบวนการนี้ถูกอุณหภูมิที่สูงขึ้นรบกวนอุณหภูมิทุกๆ 1 องศาที่เพิ่มสูงขึ้นในช่วงเวลากลางคืนทำให้ผลผลิตของข้าวสาลีลดลง 6% และอาจทำให้ข้าวมีผลผลิตลดลงถึง 10% ค่ำคืนที่ร้อนขึ้นยังทำให้คุณภาพของผลผลิตลดลง เมล็ดข้าวมีจุดสีขาวขุ่นและรสชาติไม่ดีเท่าที่ควร และคุณค่าทางสารอาหารยังอาจเปลี่ยนแปลงได้ด้วย
ทีมวิจัยจากสถาบันชีววิทยา มหาวิทยาลัยรัฐแคนซัส เป็นส่วนหนึ่งของการแข่งขันกับธรรมชาติเพื่อหาวิธีเพาะพันธุ์ข้าวที่สามารถต้านทานผลกระทบจากสภาพภูมิอากาศที่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เพราะข้าวเป็นอาหารหลักของคนหลายพันล้านคนทั่วโลก และยังเป็นพืชผลที่สำคัญสำหรับเกษตรกรทั่วโลก
ห้องแล็บของทีมวิจัยนี้มีอุตสาหกรรมข้าวเป็นมูลค่าราว 6 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ ที่เป็นเพียงส่วนหนึ่งของโครงการวิจัยของศูนย์ข้าวเจ้าและข้าวสาลีเพื่อการต้านทานความร้อนซึ่งมุ่งศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิกลางคืนที่มีต่อพืชผล โดยเกิดจากความร่วมมือของมหาวิทยาลัยเนบราสกา-ลินคอล์น และมหาวิทยาลัยรัฐแคนซัส ซึ่งนักวิจัยผู้ก่อตั้งโครงการระบุว่าพืชได้รับผลกระทบจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นในเวลากลางคืนมากกว่าเพราะพืชไม่มีกลไกป้องกันตนเองมากนักในเวลากลางคืน
เขาอธิบายว่า พืชสามารถใช้ปากใบซึ่งเป็นรูเล็กๆ ที่อยู่บนใบปกป้องตนเองจากความร้อนในเวลากลางวันได้ แต่ปากใบมักจะปิดแทบจะหมดในเวลากลางคืน นอกจากนี้ พืชยังไม่สามารถหลบซ่อนตัวจากความร้อนในเวลากลางคืนได้ ซึ่งแตกต่างจากเวลากลางวันที่มีร่มเงาจากใบและลำต้นพืชอื่นๆ ช่วยกำบังความร้อน
ความร่วมมือในการวิจัยปูทางไปสู่การพัฒนาข้าวสาลีและข้าวเจ้าพันธุ์ใหม่ ซึ่งโครงการฯ ที่มหาวิทยาลัยเนบราสกา-ลินคอล์นจะนำข้าวพันธุ์ใหม่นี้ไปมอบให้ผู้เพาะพันธุ์ข้าว ซึ่งจะนำไปแจกจ่ายให้กับเกษตรกรเพื่อเริ่มปลูกลงดิน
ห้องแล็บของเขามีการบันทึกภาพพันธุ์ข้าวกว่า 400 ชนิดในทุกช่วงพัฒนาการ ซึ่งแต่ละสายพันธุ์ปลูกแยกในเรือนกระจกล้ำสมัย ภาพถ่ายจะถูกนำมาวิเคราะห์เพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความร้อน โดยทีมวิจัยค้นพบว่ายีนที่กำหนดความกว้างของเมล็ดข้าวคือยีน fie1 พันธุ์ข้าวที่มียีนดังกล่าวจะทนทานต่อความร้อนในเวลากลางคืนได้ดีกว่า โดยสามารถคงน้ำหนักของเมล็ดข้าวไว้ได้แม้จะเจออากาศร้อนในเวลากลางคืน
อย่างไรก็ดี กระบวนการวิเคราะห์ข้าวสาลีซับซ้อนกว่าข้าวเจ้า เพราะข้าวสาลีมีชุดโครโมโซมที่แตกต่างกันถึงหกชุดเมื่อเทียบกับข้าวที่มีเพียงสองชุด จึงส่งผลให้มีการวิจัยถึงผลกระทบของอุณหภูมิที่สูงขึ้นในเวลากลางคืนต่อข้าวสาลีน้อยกว่าข้าวเจ้า รวมไปถึงมีการศึกษาคุณลักษณะของข้าวสาลีที่ส่งผลต่อการต้านทานความร้อนได้น้อยกว่า แต่ห้องแล็บของมหาวิทยาลัยรัฐแคนซัส พยายามจะเติมเต็มช่องว่างทางการวิจัยนี้
มหาวิทยาลัยรัฐแคนซัสได้เปลี่ยนเรือนกระจกเดิมที่เคยใช้ทำงานวิจัยข้าวเจ้ามาวิจัยข้าวสาลีเมื่อปี 2562 โดยทีมวิจัยพบว่า ข้าวสาลีที่ปลูกในทุ่งกว้างจะมีผลผลิตต่ำลงเมื่อเจอความร้อนที่สูงขึ้นในเวลากลางคืน อีกทั้งยังมีน้ำหนักของเมล็ด และมีปริมาณแป้งและโปรตีนที่น้อยลง
ขณะเดียวกันที่มหาวิทยาลัยรัฐอาร์คันซอกำลังศึกษาลงลึกในกระบวนการวิเคราะห์ทางแล็บเพื่อศึกษาข้อมูลที่เก็บได้จากการปลูกข้าวในเรือนกระจกตลอดสองปีที่ผ่านมา ซึ่งนักพันธุศาสตร์ในทีมจะเป็นผู้ทำการวิเคราะห์เพื่อแบ่งแยกยีนที่มีความเป็นไปได้ที่จะเกี่ยวข้องกับคุณสมบัติในการต้านทานความร้อนในเวลากลางคืนของข้าวเจ้า
โครงการวิจัยของศูนย์ข้าวเจ้าและข้าวสาลีเพื่อการต้านทานความร้อนมีความหวังว่า พันธุ์ข้าว ยีน และฟีโนไทป์ต่างๆ ที่โครงการฯ แยกออกมาได้จะทำให้ผู้เพาะพันธุ์ข้าวสาลีและข้าวเจ้าสามารถพัฒนาพันธุ์พืชที่สามารถส่งต่อให้กับเกษตรกร และทำให้พวกเขายังคงมีผลผลิตสูงแม้จะต้องเผชิญกับอุณหภูมิที่สูงขึ้น
เหล่านักวิจัยหวังว่าผู้เพาะพันธุ์ข้าวจะสามารถรวบรวมยีนที่สามารถต้านทานปัจจัยกดดันอื่นๆ ได้ เช่น ภัยแล้ง ความเค็มของน้ำ นอกเหนือจากปัจจัยของอุณหภูมิที่สูงขึ้น เพื่อพัฒนาพันธุ์ข้าวเจ้าและข้าวสาลีที่ยังคงทำให้ปริมาณอาหารของโลกมีมากเพียงพอ แม้ผลกระทบของวิกฤตสภาพภูมิอากาศจะทวีความรุนแรงขึ้น
ผลกระทบของอุณหภูมิที่สูงขึ้นต่อผลผลิตข้าวมีให้เห็นแล้ว จากเหตุการณ์คลื่นความร้อนที่รุนแรงในบังกลาเทศเมื่อเดือนเมษายน 2564 ซึ่งทำลายนาข้าวเป็นพื้นที่นับแสนไร่ กระทบเกษตรกรกว่า 300,000 คน และสร้างความเสียหายเป็นมูลค่าเกือบ 40 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ซึ่งนักวิจัยจากสถาบันวิจัยข้าวนานาชาติที่ทำวิจัยเรื่องผลกระทบของอุณหภูมิสูงในเวลากลางคืนต่อผลผลิตข้าว ชี้ให้เห็นว่า เหตุการณ์ที่บังกลาเทศและพื้นที่ทางฝั่งตะวันออกของอินเดียเกิดจากอากาศร้อนในเวลากลางคืนและปัจจัยกดดันหลายประการรวมกัน ซึ่งปรากฏการณ์นี้เกิดมานานกว่าทศวรรษครึ่ง งานวิจัยของเขาพบว่าบังกลาเทศและพื้นที่ทางฝั่งตะวันออกและตะวันตกของอินเดียเปราะบางต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นในเวลากลางคืน รวมถึงกลางวันด้วย
ผู้เชี่ยวชาญมองว่าเหตุการณ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าปริมาณและคุณภาพของผลผลิตทางการเกษตรที่ต่ำลงจะเกิดขึ้นบ่อยครั้งขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งสะท้อนถึงความจำเป็นเร่งด่วนที่ต้องพัฒนาพันธุ์พืชในขณะนี้เพื่อเอาไว้ใช้ในอนาคต
ทั้งนี้ การวิจัยเพื่อศึกษาและพัฒนาพืชที่ต้านทานความร้อนได้ยังอยู่ในระยะเริ่มต้นเท่านั้น งานวิจัยที่หลายฝ่ายกำลังลงมือทำเป็นเพียงการเริ่มต้นเพื่อค้นหาว่ายีนชนิดใดจะสามารถทำให้มนุษย์พัฒนาพืชที่มีความต้านทานสูงได้ในอนาคต และยังมีอีกหลายสิ่งที่ยังต้องค้นพบและค้นหาคำตอบต่อไป ทั้งเรื่องชนิดของยีนและกลไกที่เกี่ยวข้องต่างๆ
