Drie tieners uit Kinsale, Ierland — Émer Hickey, Ciara Judge en Sophie Healy-Thow — ontdekten dat rhizobium-bacteriën, die normaal gesproken alleen in symbiose met peulvruchten leven, ook de groei van graangewassen zoals tarwe, gerst en haver kunnen bevorderen. Ondanks scepsis van wetenschappelijke experts bouwden de meisjes een laboratorium in een slaapkamer en voerden drie jaar lang intensief onderzoek uit met circa 13.000 zaden.
De resultaten waren opmerkelijk: behandelde zaden ontkiemden tot 50% sneller en vertoonden een aanzienlijk hogere droge massa (tot 74% stijging). Voor hun project "Combating the Global Food Crisis" wonnen zij diverse prestigieuze prijzen, waaronder de hoofdprijs van de Google Science Fair in 2014. Hoewel de resultaten afkomstig zijn uit een thuislaboratorium en geen commercieel product zijn geworden, illustreert het project de potentie van natuurlijke bodembacteriën voor duurzame landbouw en wereldwijde voedselzekerheid.
Drie schoolmeisjes in Kinsale trokken een erwtplant met wratten uit de grond en wonnen de hoofdprijs van Google
De ontdekking
De ontdekking begon als een vermoedelijke ziekte. Émer Hickey was met haar moeder aan het tuinieren in Kinsale, aan de kust van Cork in Ierland, toen ze een erwtplant uit de grond trokken en ontdekten dat de wortels bezaaid waren met bleke, wratachtige bultjes. De plant zag er ziek uit. Émer, toen begin tien, deed wat een wetenschappelijk verhaal onderscheidt van een verhaal over compost: ze nam de plant mee naar school en vroeg haar leraar wat er mis was.
Het antwoord was: niets. De wratten waren knolletjes, en daarin leefde rhizobium, een bodembacterie uit de stikstofbindende familie genaamd diazotrofen. Peulvruchten, zoals erwten, huisvesten deze bacteriën bewust in ruil voor meststoffen. De bacteriën halen stikstof uit de lucht en geven dit aan de plant als ammoniak; de plant betaalt in suikers. Het is een van de oudste partnerschappen in de landbouw, en een van de meest frustrerende uitsluitingen, omdat de basisgewassen van de wereld — tarwe, gerst en rijst — dit partnerschap niet kunnen aangaan.
Émer vertelde haar vriendinnen Ciara Judge en Sophie Healy-Thow, wier geografieles toevallig de wereldvoedselcrisis bestudeerde in de schaduw van de hongersnood in de Hoorn van Afrika in 2011. De drie meiden kwamen tot een vraag waar miljardenprogramma's voor hulp aan gekoppeld zijn: als granen deze bacteriën niet kunnen huisvesten, kunnen de bacteriën de granen dan toch helpen?
Het laboratorium in de slaapkamer
Het advies van de volwassen wetenschappers was ontmoedigend. Men was van mening dat de voordelen van rhizobia alleen voor peulvruchten golden; velen vertelden hen dat de bacteriën geen impact zouden hebben op graangewassen. De meisjes, die ongeveer 14 jaar oud waren toen ze begonnen, besloten dat dit bezwaar op hun schaal nooit echt was getest, en zetten zich af om het op een schaal te testen die niemand had verwacht.
Ze werkten vanuit huis, waarbij een slaapkamer in het huis van Judge werd omgebouwd tot laboratorium, compleet met incubatierekken, handmatig gelabelde monsters en een zelfgemaakt regime van controles. Ze weken graanzaadjes in rhizobium-culturen en maten alles: de tijd tot ontkieming, het ontkiemingspercentage, de groei van de zaailingen en de droge massa. Batch na batch, seizoen na seizoen, voerden ze drie jaar lang het experiment uit met gerst, haver en tarwe. Uiteindelijk testten ze ongeveer 13.000 zaden, plus duizenden andere in een veldproef in de buitenlucht, en noteerden ze ongeveer 120.000 individuele metingen handmatig in hun notitieboeken en spreadsheets.
De zaden negeerden de consensus van de experts. Behandelde gerst en haver ontkiemden aanzienlijk sneller en betrouwbaarder, waarbij de ontkiemingspercentages met maximaal 50 procent verbeterden. Deze voorsprong zette zich voort: in hun groeiproeven vertoonden de behandelde granen een aanzienlijk hogere droge massa, met stijgingen tot wel 74 procent. De bacteriën konden gerst geen knolletjes geven zoals bij peulvruchten, maar iets in de associatie, toegediend bij het zaad, wekte het graan vroegtijdig en zorgde ervoor dat het sterker in de wereld kwam.
De resultaten en erkenning
De Ierse wetenschappelijke gemeenschap merkte het als eerste op. Het project won in 2013 de BT Young Scientist of the Year, waarmee het trio de eerste groep meisjes werd die ooit de belangrijkste Ierse titel voor jonge wetenschappers won, gevolgd door de EU Young Scientist-wedstrijd. In september 2014 volgde het hoogtepunt: in het hoofdkantoor van Google in Californië werd hun project, "Combating the Global Food Crisis: Diazotroph Bacteria as a Cereal Crop Growth Promoter", uitgeroepen tot winnaar van de hoofdprijs van de Google Science Fair, waarmee ze duizenden inzendingen wereldwijd versloegen.
De prijs omvatte studiebeurzen en een reis naar de Galápagos-eilanden; het tijdschrift Time zette Ciara Judge op de lijst van de meest invloedrijke tieners ter wereld. Ze waren 16 en 17 jaar oud, en ze waren begonnen op hun 14e met een plant die de meeste tuiniers had weggegooid.
De relevantie voor de landbouw
De relevantie van het resultaat is duidelijk. Ontkieming is een van de stille kostenposten in de landbouw; zaden die langzaam of helemaal niet uitlopen, kosten opbrengst nog voordat het seizoen begint. Een snellere, uniformere start is het meest cruciaal daar waar de groeiseizoenen het kortst zijn en de marges het dunst. Een zaadbehandeling op basis van natuurlijk voorkomende bodembacteriën, die geen synthetische chemie nodig heeft, is het soort goedkope tool dat zich goed leent voor kleinschalige landbouw. Dit is waarom de meisjes het project vanaf de eerste poster rond voedselzekerheid hebben gepositioneerd.
Ze spraken later over patenten en commercialisering, en de bredere wetenschap is sindsdien in hun richting bewogen: het genetisch modificeren van granen en microben om stikstofbindende partnerschappen buiten peulvruchten uit te breiden, is nu een van de best gefinancierde ambities in het landbouwonderzoek.
Een kanttekening
De eerlijke voetnoot is de gebruikelijke voor wonderkinderen in de wetenschap: een studie in een slaapkamer is, hoe heroïsch de omvang ook is, geen peer-reviewed veldprogramma; effecten van "tot" 50 en 74 procent zijn maximums en geen gemiddelden, en er is nog geen commercieel product dat direct herleidbaar is naar de data uit Kinsale.
Wat echter overblijft, is moeilijker te negeren. Drie tieners kregen te horen dat een biologische deur gesloten was, raadpleegden de literatuur, ontdekten dat niemand er met 13.000 zaden en drie jaar geduld tegen had geduwd, en deden dat vervolgens wel. De wratten op de erwtplant bleken het minst ziekelijke aspect van het verhaal te zijn. De werkelijke kwaal was de aanname, en de remedie was, zoals vaak, een kind dat vraagt: "Wat is er precies mis met dit ding dat je wilde weggooien?"
Drie schoolmeisjes in Kinsale trokken een erwtplant met wratten uit de grond en wonnen de hoofdprijs van Google
De ontdekking
De ontdekking begon als een vermoedelijke ziekte. Émer Hickey was met haar moeder aan het tuinieren in Kinsale, aan de kust van Cork in Ierland, toen ze een erwtplant uit de grond trokken en ontdekten dat de wortels bezaaid waren met bleke, wratachtige bultjes. De plant zag er ziek uit. Émer, toen begin tien, deed wat een wetenschappelijk verhaal onderscheidt van een verhaal over compost: ze nam de plant mee naar school en vroeg haar leraar wat er mis was.
Het antwoord was: niets. De wratten waren knolletjes, en daarin leefde rhizobium, een bodembacterie uit de stikstofbindende familie genaamd diazotrofen. Peulvruchten, zoals erwten, huisvesten deze bacteriën bewust in ruil voor meststoffen. De bacteriën halen stikstof uit de lucht en geven dit aan de plant als ammoniak; de plant betaalt in suikers. Het is een van de oudste partnerschappen in de landbouw, en een van de meest frustrerende uitsluitingen, omdat de basisgewassen van de wereld — tarwe, gerst en rijst — dit partnerschap niet kunnen aangaan.
Émer vertelde haar vriendinnen Ciara Judge en Sophie Healy-Thow, wier geografieles toevallig de wereldvoedselcrisis bestudeerde in de schaduw van de hongersnood in de Hoorn van Afrika in 2011. De drie meiden kwamen tot een vraag waar miljardenprogramma's voor hulp aan gekoppeld zijn: als granen deze bacteriën niet kunnen huisvesten, kunnen de bacteriën de granen dan toch helpen?
Het laboratorium in de slaapkamer
Het advies van de volwassen wetenschappers was ontmoedigend. Men was van mening dat de voordelen van rhizobia alleen voor peulvruchten golden; velen vertelden hen dat de bacteriën geen impact zouden hebben op graangewassen. De meisjes, die ongeveer 14 jaar oud waren toen ze begonnen, besloten dat dit bezwaar op hun schaal nooit echt was getest, en zetten zich af om het op een schaal te testen die niemand had verwacht.
Ze werkten vanuit huis, waarbij een slaapkamer in het huis van Judge werd omgebouwd tot laboratorium, compleet met incubatierekken, handmatig gelabelde monsters en een zelfgemaakt regime van controles. Ze weken graanzaadjes in rhizobium-culturen en maten alles: de tijd tot ontkieming, het ontkiemingspercentage, de groei van de zaailingen en de droge massa. Batch na batch, seizoen na seizoen, voerden ze drie jaar lang het experiment uit met gerst, haver en tarwe. Uiteindelijk testten ze ongeveer 13.000 zaden, plus duizenden andere in een veldproef in de buitenlucht, en noteerden ze ongeveer 120.000 individuele metingen handmatig in hun notitieboeken en spreadsheets.
De zaden negeerden de consensus van de experts. Behandelde gerst en haver ontkiemden aanzienlijk sneller en betrouwbaarder, waarbij de ontkiemingspercentages met maximaal 50 procent verbeterden. Deze voorsprong zette zich voort: in hun groeiproeven vertoonden de behandelde granen een aanzienlijk hogere droge massa, met stijgingen tot wel 74 procent. De bacteriën konden gerst geen knolletjes geven zoals bij peulvruchten, maar iets in de associatie, toegediend bij het zaad, wekte het graan vroegtijdig en zorgde ervoor dat het sterker in de wereld kwam.
De resultaten en erkenning
De Ierse wetenschappelijke gemeenschap merkte het als eerste op. Het project won in 2013 de BT Young Scientist of the Year, waarmee het trio de eerste groep meisjes werd die ooit de belangrijkste Ierse titel voor jonge wetenschappers won, gevolgd door de EU Young Scientist-wedstrijd. In september 2014 volgde het hoogtepunt: in het hoofdkantoor van Google in Californië werd hun project, "Combating the Global Food Crisis: Diazotroph Bacteria as a Cereal Crop Growth Promoter", uitgeroepen tot winnaar van de hoofdprijs van de Google Science Fair, waarmee ze duizenden inzendingen wereldwijd versloegen.
De prijs omvatte studiebeurzen en een reis naar de Galápagos-eilanden; het tijdschrift Time zette Ciara Judge op de lijst van de meest invloedrijke tieners ter wereld. Ze waren 16 en 17 jaar oud, en ze waren begonnen op hun 14e met een plant die de meeste tuiniers had weggegooid.
De relevantie voor de landbouw
De relevantie van het resultaat is duidelijk. Ontkieming is een van de stille kostenposten in de landbouw; zaden die langzaam of helemaal niet uitlopen, kosten opbrengst nog voordat het seizoen begint. Een snellere, uniformere start is het meest cruciaal daar waar de groeiseizoenen het kortst zijn en de marges het dunst. Een zaadbehandeling op basis van natuurlijk voorkomende bodembacteriën, die geen synthetische chemie nodig heeft, is het soort goedkope tool dat zich goed leent voor kleinschalige landbouw. Dit is waarom de meisjes het project vanaf de eerste poster rond voedselzekerheid hebben gepositioneerd.
Ze spraken later over patenten en commercialisering, en de bredere wetenschap is sindsdien in hun richting bewogen: het genetisch modificeren van granen en microben om stikstofbindende partnerschappen buiten peulvruchten uit te breiden, is nu een van de best gefinancierde ambities in het landbouwonderzoek.
Een kanttekening
De eerlijke voetnoot is de gebruikelijke voor wonderkinderen in de wetenschap: een studie in een slaapkamer is, hoe heroïsch de omvang ook is, geen peer-reviewed veldprogramma; effecten van "tot" 50 en 74 procent zijn maximums en geen gemiddelden, en er is nog geen commercieel product dat direct herleidbaar is naar de data uit Kinsale.
Wat echter overblijft, is moeilijker te negeren. Drie tieners kregen te horen dat een biologische deur gesloten was, raadpleegden de literatuur, ontdekten dat niemand er met 13.000 zaden en drie jaar geduld tegen had geduwd, en deden dat vervolgens wel. De wratten op de erwtplant bleken het minst ziekelijke aspect van het verhaal te zijn. De werkelijke kwaal was de aanname, en de remedie was, zoals vaak, een kind dat vraagt: "Wat is er precies mis met dit ding dat je wilde weggooien?"
Groetjes,