拉普纳高原横跨阿根廷、玻利维亚和智利，不适合胆小的人。游客们必须忍受距离最近的城市10个小时的车程，在海拔3200米或更高的地方与高原反应作斗争，承受强烈的紫外线辐射和剧烈波动的温度，在没有无线网络或手机信号的情况下生活。但对于那些勇敢踏上旅程的人来说，回报是丰厚的。
这个地区经常被描述为另一个世界，其地形与火星、月球或早期地球相似——事实上，科学家们在这里发现了我们最后的共同祖先(LUCA)，据说地球上所有生命都是从这种微生物进化而来的。拉普纳的面积和法国差不多大，从沙漠土壤到盐沼，从活火山到深蓝色泻湖，拉普纳的特点各不相同。“这是一个极端的地方，但也非常美丽和独特，”Elisa Bertini说，她在过去的五年里多次前往拉普纳。
除了美丽之外，贝尔蒂尼被高原吸引还有另一个原因:这里到处都是地球上其他地方找不到的极端微生物。贝尔蒂尼和她在布宜诺斯艾利斯创业公司普纳生物(Puna Bio)的同事们相信，这些能够在恶劣环境中生存的顽强生物——细菌、藻类和真菌——可以在人类对抗环境破坏和气候变化的斗争中发挥作用，为基本作物提供在日益恶劣的条件下生存甚至茁壮成长的手段。
自2020年以来，普纳生物公司的微生物学家一直在研究在拉普纳植物及其周围环境中发现的微生物如何在高盐度、高酸度和极端温度的条件下以最少的营养物质持续存在。这个团队的目标是什么?利用这些生存特性，并将其以接种剂的形式应用于叶子或种子，转移到世界各地的主要粮食作物上。
“我们想:如果极端微生物能帮助拉普纳的植物，那为什么它们不能帮助其他地方的植物呢?”普纳生物公司的联合创始人贝尔蒂尼说。
去年9月，该公司推出了所谓的“世界上第一种极端生物刺激剂”——农民可以直接应用于阿根廷主要出口作物之一的大豆。当种子与昆扎大豆混合并种植时，这种液体兴奋剂中的微生物(从拉普纳分离出的两种细菌菌株)在新植物上定植，促进抗氧化剂的产生和对关键营养物质的吸收，同时促进与植物根系共生的菌根真菌的生长，从而有助于改善土壤健康。
在巴西、阿根廷和美国玉米带超过2.5万英亩的农场进行的70多次试验中，Kunza大豆产量平均提高了11%，几乎是当今市场上典型产品产量的四倍。贝尔蒂尼说:“把昆扎看作是植物的益生菌。
联合国在2022年发布的一份报告估计，全球高达40%的土壤处于中度或严重退化状态，如果森林砍伐、过度放牧、集约化种植、城市化和其他有害做法持续下去，到2050年这一数字可能上升到90%。
“土壤退化是一个非常紧迫的问题，”瑞士苏黎世大学的土壤生态学家Franz Bender说。“土壤是文明的基础，因为我们95%的食物都来自土壤。”肥沃土壤的流失使土地的农业生产力下降，给已经受到人口激增、投入成本飙升和劳动力短缺威胁的全球粮食供应带来了进一步的压力。如果土壤退化不能得到解决，那么更多的自然土地将被转为农业用地，从而加剧世界生物多样性危机。
“更重要的是，我们的气候正变得越来越极端，”本德说。他指出，不稳定的天气模式不仅影响农作物，也会导致土壤退化。似乎无处幸免——欧洲今年经历了有记录以来最热的夏天，导致世界上最大的橄榄油生产国供应告罄;阿根廷百年来最严重的干旱使大豆和小麦减产一半;非洲之角进入了毁灭性干旱的第五个年头，这场干旱使2200万人面临饥饿的危险。
贫瘠的土壤不仅影响植物。事实上，根据本德尔与人合著的2023年的一项研究，地球上59%的物种生活在土壤中。他说:“一茶匙土壤中含有的生物比这个星球上的人还多。”智利圣托马斯大学的土壤和真菌根生态学家csamar Marín说，这种由真菌和细菌组成的生物多样性是磷、氮和其他营养物质全球循环的基础。
最重要的是，健康的土壤是地球上第三大碳汇——比大气和世界植被加起来吸收的碳还要多——它们还能防止侵蚀、洪水和水污染。我们在地球上生存所需的几乎所有东西——我们吃的、喝的、呼吸的——都可以追溯到我们脚下的土地。
因此，解决土壤退化问题至关重要。正在试验的解决方案包括种植作物不是为了食物，而是为了覆盖土壤和减缓侵蚀;紧密种植两种或两种以上作物，以提高生产力和自然防治病虫害;减少机械耕作以保持土壤结构和碳含量。科学家们甚至正在利用基因工程和利用自动数据收集来微调作物管理的精准农业来创造更有弹性的植物。“这是关于改变土地管理的方式，”巴杰特说。
本德补充说:“当然，还有退化土壤的恢复，帮助植物重建，使土壤恢复生机。”“这就是微生物接种的由来。”
普纳生物研究人员从拉普纳高地收集微生物样本。摄影:普纳·比奥
普纳生物认为，极端微生物可以在不利的条件下为植物提供宝贵的帮助，使植物在营养缺乏的情况下发挥更多作用。“它们已经在地球上生活了35亿年，并且已经进化到可以生活在营养物质非常低的极端环境中，”Bertini说。因此，对这些微生物来说，与生长在退化土壤中的植物共存应该是很简单的。
例如，普纳生物公司发现的微生物能够比通常在植物根瘤上发现的细菌更早、更有效地固定和转化氮。它们还会产生更多的有机酸，这有助于更有效地溶解土壤中的磷，同时也有助于产生更多的生长素(促进植物生长的激素)和对抗氧化应激的酶。此外，极端微生物分泌抗真菌物质和分泌铁载体，这些分子有助于铁的吸收。主要受益者是生长中的植物，但一旦生长季节结束，这些植物分解到土壤中，质量就会逐渐提高。
“为什么这些微生物首先表现得更好，是因为它们产生了一种生物膜，就像一种胶水，可以让它们粘在根部，胜过其他微生物，并与植物开始共生关系。”它们甚至可以刺激次生根系的生长，”贝尔蒂尼解释说。
这些好处意味着“人们对Kunza这样的产品很感兴趣，”农民商业网络(Farmers Business Network)负责研发合作关系的卢克·塞缪尔(Luke Samuel)说。自2021年以来，来自美国中西部各州的大约10名成员参与了昆扎的试验。Samuel说:“种植者一直在寻找可能对他们的农业经营有益的技术……Kunza非常独特，有可能帮助农民更好地管理压力，如高温和干旱。”
利用极端微生物的潜力并不局限于农业——今天，它们已经帮助生产生物燃料，去除顽固的污渍，使PCR测试成为可能，并对抗耐药细菌。但这是此类微生物首次应用于农业。
迄今为止，普纳生物公司已经积累了1000多种极端微生物。其中90%以上来自拉普纳(La Puna)(多年来在不同季节多次访问收集)，其余来自犹他州的大盐湖(Great Salt Lake)。
Bertini称其为“我们公司的基石”，并说这是当今世界上唯一存在的一个系列。第一种方法是勘探一个新的地区(就像该公司上个月所做的那样)，对那里的植物、土壤、水、岩层和其他特征进行取样。回到实验室，该团队进行宏基因组测序，读取样本中的所有遗传物质，并帮助识别存在的生物体。
基因分析被用来发现哪些微生物存在，哪些微生物最有可能帮助植物生长。摄影:普纳·比奥
然后，科学家们挑选出最有希望的微生物。该公司首席执行官Franco Martínez Levis解释说，这些微生物“具有促进植物生长的活性，如增磷或固氮，以及能够在各种压力条件下(如高盐度或高温度)生产的微生物。”这些特征是通过筛选微生物来确定它们拥有哪些已知的有用基因以及这些基因的拷贝数来收集的。
然后将候选微生物分离出来，并在适当的培养基中培养，以进一步研究“为什么它们比普通微生物更耐药，更好，”Bertini说。
最终目标是弄清楚如何将这些微生物转化为对农民有益的产品。她说，尝试在极端环境中寻找与目标作物相似的植物是有帮助的。例如，在昆扎发现的两种极端微生物来源于豆科植物，与大豆相似，属于豆科植物。
表现出“最佳性能”的极端微生物随后进入温室阶段，在那里它们被应用于植物。贝尔蒂尼说:“我们分析了它们的殖民化、不同的剂量等等。”“一旦我们了解了这种植物的情况，我们就会进行田间试验。然后我们为我们的产品优化配方。”
Elisa Bertini是普纳生物公司的联合创始人兼首席科学官。摄影:普纳·比奥
总的来说，这种土壤退化的生物解决方案是“一种很有前途的方法”，本德说。“它们比化肥更具可持续性。”
在德国植物育种公司KWS集团工作的伊格纳西奥·萨尔加多(Ignacio Salgado)说，Kunza的液体配方也非常方便，农民在播种前只需把种子撒在上面就可以了。他之前在南美工作了10多年。大多数农民已经拥有能够进行这种混合的机器。
然而，其他专家对这些产品在现实世界中的效果持怀疑态度。联合国粮农组织土壤多样性专家雅各布·帕内尔说:“在温室里，它们有非常谨慎的环境，极端微生物与之竞争的微生物群落并不复杂。”“但事实是，一旦它进入世界，每种土壤都将是不同的，有自己的微生物群落，具有不同的物理和化学性质。”
还有一个由来已久的担忧，那就是当你把外来物种扔进去时会发生什么。“我们不知道在不属于它的地方引入新事物的影响，”Marín说。
普纳生物对这些担忧泰然处之。研究小组并不担心来自现有土壤微生物的竞争:“想象一下，这些极端微生物是运动员，他们在高海拔地区训练，并培养了额外的能力，比如更好的呼吸，”李维斯说。“所以当它们到达海平面时，它们(对那里的跑步者)有所有这些有益的特性。”
在去年进行的一项分析中，该公司发现昆扎不会改变现有的土壤微生物群。相反，它重组了它。
目前，Kunza仅以液体形式存在，但Bertini的团队正在探索是否可以将其包装成颗粒，这将使其出口到阿根廷(迄今为止唯一获得许可的地方)。他们还在开发玉米、干豆、甘蔗和其他作物的产品。小麦种子的液体接种剂预计将于明年问世。此外，该公司还希望在其产品中添加一种生物杀菌剂。
贝尔蒂尼说:“如果你熟悉足球，我们会说，我们正在把微生物中的莱昂内尔·梅西(Lionel Messi)放入土壤中。”这是一个强大的诱惑，它不断地把她拉回迷人的拉普纳。
