Fritz Haber 1909-ben elsőként vont ki nitrogént a levegőből, hogy ammóniát állítson elő. E vegyület a műtrágyák egyik fontos alkotóeleme. Az evolúció azonban mintegy 60 millió évvel megelőzte Habert, ekkor léptek szimbionta (két vagy több faj számára kölcsönös előnyökkel járó) kapcsolatba a nitrogén kötő talajbaktériumok a pillangósvirágú növényekkel. Ettől kezdve a pillangósok gyökérgümőiben élő Rhizobium baktériumok a levegőből állították elő a növények növekedéséhez szükséges nitrogéntartalmú vegyületet.

Április végén a Bill és Melinda Gates Alapítvány adott otthont Seattleben annak a tudományos tanácskozásnak, melyen 20 kutató azt vitatta meg, hogyan lehetne a pillangósvirágú növények bravúrját más gazdasági haszonnövényeknek „megtanítani”. Ha az ötlet megvalósulhatna, sokkal kevesebb környezetkárosító műtrágyára lenne szükség. A feladat látszólag egyszerű: a pillangósnövény-Rhizobium szimbionta kapcsolatot kell létrehozni gabonafélékben is.

Húsz éve a kutatók úgy vélték, hamarosan megoldják a problémát, mivel felfedezték a nitrogénkötésért felelős nitrogenáz nevű enzim és a nitrogéntartalmú vegyület előállításáért felelős bakteriális géneket. A bonyolult génmanipulációs kísérletek iránti talán túlontúl optimista várakozások ellenére a siker elmaradt, s talán ilyen genetikai lépésekre nincs is szükség. A New Scientist május eleji száma arról számolt be, hogy januárban egy francia kutató, Fabienne Maillet bemutatta: a pillangósok és rhizobiumok közötti kommunikációs jeladási rendszer hasonló ahhoz, amit a gabonafélék használnak a talajban élő és a növény gyökereihez szintén értékes tápanyagokat szállító fonalas gombákkal való kommunikációhoz. (E témáról lapunk 2010 őszén számolt be: Híradás gombatelefonon címmel). A mikroszkopikus gombák által kibocsátott, és a hajszálgyökerekbe való bejutást lehetővé tevő „engedj be” kémiai jel lényegében azonos a rhizobiumok által a pillangósoknál használt jellel. A feladat megoldása így talán leegyszerűsödik.

Giles Oldroyd angol kutató szerint a szárazföldi növények és a fonalas gombák közötti kapcsolat mintegy 400 millió évre nyúlik vissza, emellett a 60 millió éves pillangós-Rhizobium kapcsolat ideje eltörpül. A kutatók úgy vélik, a rhizobiumok „lesték el” az ősi gomba-növény kommunikációt, és használták fel a pillangósokba való bejutásukhoz, és a nitrogénkötő partneri viszony létrehozásához. Ez viszont azt jelenti, hogy minden egyéb növény is rendelkezik ilyen kapcsolat létrehozásához szükséges gépezettel. E mechanizmus kiaknázásával könnyebbé válhat a gabonafélék műtrágyamentes termesztése. A legfontosabb feladat annak elérése, hogy a gabonafélék felismerjék és befogadják a Rhizobiumokat. Ehhez kulcsfontosságú lépés lenne a növények védelmi rendszerének módosítása.

Ray Dixon angol kutató meg van győződve arról, hogy a Rhizobiumok nitrogénkötő eszköztára sikeresen bejuttatható más növényekbe, és pl. a fotoszintézist végző kloroplasztiszok ruházhatók fel az új, nitrogénkötő szereppel. Húsz évvel az ötlet felmerülése után Dixon és kollégái nitrogénkötő géneket juttattak be algák kloroplasztiszába. A gazdasági szempontból fontos kutatások eredményeit azonban még nem publikálták.

Barbara Reinhold-Hurek német kutató egy harmadik utat próbált ki: Olyan növénylakó baktériumokat keres, melyek gyökérgümő létrehozása nélkül képesek nitrogént kötni, és e nitrogént a növényeknek átadni. Az első ilyen baktériumot 1986-ban találta meg. Azóta tanulmányozza az Azoarcus nemzetségbe tartozó BH72 nevű baktériumtörzs nitrogénkötését egy pakisztáni pázsitfűfélében. Az eddig megtalált szinte összes nitrogénkötő baktériumot fűfélékből izolálta, a leghatékonyabbat brazíliai cukornádfajtákból. E baktériumok oly sok nitrogént kötnek, hogy a növényeknek az általában használt nitrogén műtrágya kb. negyedét is elég kiadagolni.

Bár a Föld növekvő népességének egyre nagyobb élelmiszerigényét a gazdasági növények terméshozamát fokozó műtrágyák használata segített kielégíteni, ezért hatalmas árat fizettünk. Huszonegy ország 200 kutatója áprilisban fogalmazta meg az első Európai Nitrogén Értékelést (ENA), mely a nitrogénszennyezés egészségre és környezetre kifejtett hatását foglalja össze. Az ENA egy ötéves kutatási program eredménye, mely szerint a nitrogénszennyezés Európában minden európai lakosnak évente kb. 1000 dollárjába kerül, mely összeg 40 százaléka a mezőgazdaságban okozott károk helyreállítására megy el.

Ezért is szükség lenne a fenti kutatások anyagi támogatására, még akkor is, ha ezek eredményeit esetleg csak 10-20 év múlva élvezhetjük.