В прошлом месяце содержание углекислого газа в атмосфере Земли достигло самого высокого уровня за всю историю человечества (410 на миллион). Одним из факторов этого роста являются люди: сжигая ископаемое топливо, мы добавляем в атмосферу много углекислого газа, что способствует глобальному потеплению. По сравнению с доиндустриальным уровнем, потеплело на 1 градус Цельсия, и весьма вероятно, что за нынешнее столетие добавятся ещё 2 градуса, что сделает климат более сухим, повысит уровень океана и принесёт огромный вред экосистемам. Сегодня учёным приходится даже размышлять о том, какой будет Земля, если потеплеет на 3—4 градуса и больше, т. е. тогда, когда исчезнут многие виды растений и животных и станет больше мест, где из-за слишком жаркого климата невозможно жить.
Изменение температуры на поверхности Земли, которое ожидают в ближайшие десятилетия, несомненно, окажет негативное влияние на сельское хозяйство и, как следствие, на продовольственную безопасность. Согласно прогнозу, сделанному в докладе Всемирного банка за 2010 год «Развитие и изменение климата», если не удастся улучшить сорта сельскохозяйственных культур и методы сельскохозяйственной деятельности, к 2050 году в аграрном секторе большинства стран в связи с глобальным потеплением снизится урожайность. Особенно сильно пострадают страны Африки, Южной Америки и Южной Азии. Негативное влияние на экономику США тоже окажется весьма существенным. (Что касается Канады и России, то в них урожайность может вырасти, если арктические почвы окажутся достаточно плодородными для крупномасштабного сельского хозяйства).
Если уменьшить выбросы углекислого газа, глобальное потепление можно остановить, но предпринимаемые в этом направлении усилия наткнулись на ряд экономических, технологических и политических препятствий. Вот почему в дополнение изобретаются способы удаления углекислого газа из атмосферы. Специалисты по энергетическим проблемам разрабатывают комплекс технологий под названием «улавливание, использование и хранение углекислого газа» (carbon capture, utilization, and storage), или CCUS, нацеленный на улавливание углекислого газа из ещё не попавших в атмосферу промышленных выбросов, чтобы затем утилизировать его или спрятать глубоко под землёй. Чтобы стимулировать внедрение CCUS технологий, нужны налоговые льготы — вроде тех, что предусмотрены в проекте бюджета США, одобренном Конгрессом в этом году. Однако разрабатывать и внедрять такие технологии дорого. Кроме того, по мнению защитников окружающей среды, они способны продлить нашу зависимость от ископаемого топлива.
Интересно, что кое-что, напоминающее CCUS технологии, применяют растения, захватывая, пусть и ненадолго, углекислый газ, попавший в атмосферу. Благодаря фотосинтезу, при котором происходит фиксация СО2, растения ежегодно забирают из атмосферы более 860 гигатонн углекислого газа, сохраняя его в листьях, побегах и корнях. К сожалению, бóльшая часть этого газа вновь возвращается в атмосферу, когда растения — однолетние культуры, такие как рис, пшеница и кукуруза, — собраны или разлагаются, подвергаясь воздействию бактерий, грибов или животных.
В трёхминутном видеоролике NASA A Year in the Life of Earth’s СО2 («Год из жизни земного СО2») представлен результат компьютерного моделирования тех эффектов фотосинтеза, в которых участвуют молекулы углекислого газа и которые наблюдаются весной и летом в северном полушарии. Какой, возможно, должна быть стратегия борьбы с изменением климата, демонстрируют многолетники — растения, живущие более двух лет: они захватывают углекислый газ и долгое время удерживают его в своих корнях. (В частности, это делают деревья. Вот почему вырубка лесов чрезвычайно вредна для окружающей нас среды).
У одной исследовательницы родилась многообещающая идея о том, как разом решить две очень важные проблемы: во-первых, обеспечить удаление из атмосферы углекислого газа, а во-вторых — устранить дефицит пищи для людей и животных. Для того и другого нужно развести «суперрастение». Однако может оказаться так, что этот проект, хоть и требует срочной реализации, по политическим причинам будет продвигаться вперёд черепашьими темпами. Опасаясь протестов со стороны противников генетически модифицированных организмов (ГМО), исследовательница вынуждена отказаться от использования CRISPR — нового, быстродействующего инструмента для редактирования генов — и модифицировать растения старомодным способом: путём селекционного разведения.
Джоан Чори (Joanne Chory), ботаник и генетик, директор Лаборатории молекулярной и клеточной ботаники Института биологических исследований Солка (Salk Institute for Biological Sciences), лауреат Премии за прорыв в области медицины, стала инициатором исследования под названием Harnessing Plants for the Future («Использование растений для будущего»). Его цель — вывести суперрастение, которое будет обеспечивать пищей и, кроме того, длительно удерживать в своих корнях углекислый газ.
Все растения производят суберин — жироподобное, водоотталкивающее, богатое углеродом соединение, известное как пробка. Оно защищает корни и препятствует процессу гниения. Прибрежные травы, чтобы защитить свои корни от воды, производят суберин в больших количествах. В природе это одно из самых стабильных веществ: оно сохраняется в почве в течение сотен, а может, и тысяч лет. Одна из целей Чори — вывести многолетнюю культуру, производящую суберина больше, чем существующие ныне сорта.
Чори пришла к выводу, что бобовые (к ним, в частности, относятся фасоль, нут, чечевица и арахис), будучи многолетними и адаптированными к сухому климату, идеально подходят для выведения на их основе суперрастений. Популярное ближневосточное блюдо хумус, заполонившее западные продуктовые магазины, изготавливают из нутового пюре, оливкового масла, чеснока и лимонного сока; оно содержит много клетчатки и является богатым источником белка, полезных жиров, фолиевой кислоты и железа.
Суперрастению мало быть съедобным и питательным. Помимо этого оно должно стойко переносить наводнения и засухи, а также выживать в местах с разным климатом: от засушливых регионов северной Африки до умеренных регионов северной Европы. И, наконец, Чори намерена вывести растения со сверхглубокими корнями — такими, где много суберина для долговременного хранения углекислого газа. По её оценке, если бы 5 процентов мировых пахотных земель (примерно общая площадь Египта) были засеяны суперрастениями, они могли бы захватывать почти половину текущих глобальных выбросов углекислого газа.
Разумеется, реализация блестящего плана Чори не обойдётся без проблем, и далеко не последнее место займут здесь трудности, связанные с необходимостью убедить аграриев разных стран отдать свою землю под посевы суперрастения. Однако одну из проблем можно решить путём просвещения.
Чори планирует вывести своё суперрастение с помощью кроссбридинга — метода, который давно используется для закрепления желаемых свойств у сельскохозяйственных растений и животных. Например, древние земледельцы путём селекции превратили дикую мексиканскую траву, известную как теосинте, в кукурузу, отбирая растения с большими и вкусными зёрнами. Но такая селекция может потребовать нескольких сотен лет и больше.
По подсчётам Чори, если выводить суперрастение этим путём, то, даже с использованием передовых методов, понадобится около десяти лет. Между тем, методики CRISPR обладают огромным потенциалом для выведения новых культур с улучшенными свойствами. Что касается проекта Чори, то здесь можно действовать так: взять прибрежные травы, идентифицировать их гены, отвечающие за производство в корнях больших количеств суберина, а затем, используя CRISPR, перенести эти гены в геном выводимого суперрастения.
С появлением в начале этого десятилетия прорывных технологий методики CRISPR стали сравнительно дешёвыми и доступными для лабораторных исследований. Почему же Чори не использует их? Чтобы избежать конфронтации с противниками ГМО, объяснила она, когда, прочитав лекцию на симпозиуме с участием лауреатов Премии за прорыв, отвечала на вопросы. Противники ГМО остановили внедрение Golden Rice — генетически модифицированного риса, который мог бы избавить миллионы людей от слепоты и смерти из-за дефицита витамина A (вероятно, с «золотым рисом» всё было не так просто; см. об этом по ссылке. — Прим. XX2 ВЕК), и воспрепятствовали выведению культур, устойчивых к болезням.
Генетически модифицированные культуры способны принести человечеству огромную пользу. Противодействие им, по-видимому, вызвала устойчивая к гербициду глифосату ГМ-соя Roundup Ready, выведенная компанией Monsanto в 1996 году. Данная культура поощряет использовать глифосат, который, возможно, является канцерогеном. К сожалению, из-за этой проблемной ГМ-сои часть общественности встречает в штыки любые подобные разработки, даже очень полезные.
Такие инструменты для редактирования генов, как методики CRISPR, позволяют проводить кроссбридинг намного быстрее, чем раньше, передавая способность усиленно производить суберин или какие-то ещё специфические свойства одного растения другому. Да, полученный организм будет генетически модифицированным, но таковыми являются практически все организмы, которые мы потребляем.
Ставки как никогда высоки, и у нас нет времени на раскачку. Тают ледники. Растёт уровень океана. Погибают коралловые рифы. И сельское хозяйство, наша продовольственная безопасность, в опасности. Нам нужно принимать решения как можно быстрее. Очень важно, чтобы общественность вновь стала доверять науке, но добиться этого в эпоху фейковых новостей, засилья пропаганды и теорий заговора нелегко.
Работать с природой так, чтобы устранить тот ущерб, который мы ей нанесли, — это разумная стратегия, а инициатива Чори по созданию бобовых суперрастений, способных фиксировать углекислый газ, даёт убедительный план действий. Однако ждать реализации этого проекта посредством кроссбридинга — всё равно что пытаться выиграть гонки высокоскоростных автомобилей на лошади или багги. При решении глобальных проблем следует отдать приоритет разработке и внедрению суперрастений.
