Читать книгу От пробирки до кастрюли: Как ученые разрабатывают продукты, которые мы едим каждый день - Группа авторов - Страница 6

Современное растениеводство не сразу стало наукоемкой отраслью, в которой пашни простираются докуда хватает взгляда, над полями летают дроны, а орехи миндаля собирают с земли огромные пылесосы. Путь, пройденный предшественниками современных фермеров, поистине огромен. И теперешним положением дел мы обязаны в первую очередь возможности одомашнивать дикие растения.

Началось это путешествие примерно 10 000 лет назад, когда человек устал ходить в лес за грибами и ягодами и изобрел сельское хозяйство. Сперва он сажал и просто ждал урожая (иногда напрасно, ведь растения – создания привередливые), а потом взял дело в свои руки: выбрал самые здоровые и сильные побеги и стал планомерно их выращивать, постепенно приспосабливая к своим потребностям.

Так природные поля и долины превратились в орошаемые и удобряемые плантации, где люди по сей день ведут жестокий бой с эволюцией – ведь в сельском хозяйстве нет места закону естественного отбора. Человек провозгласил свой закон: выживает то растение, которое отвечает его запросам. Ярким примером расхождения целей естественного отбора и селекции служит кукуруза. У ее предка теосинте зерна были покрыты толстой оболочкой, початка практически не было, а зерна при созревании сразу падали на землю, чтобы потом прорасти, то есть дать потомство[2] (рис. 1). Природа ратовала за размножение, и кукуруза не знала горя. Человек же, выращивая такую кукурузу, неизбежно терял бóльшую часть урожая. И что же мы видим теперь? Ядра современной кукурузы практически не защищены, а на момент зрелости прочно прикреплены к початку, потому что это было выгодно человеку, а кукурузу никто не спрашивал. Похожим образом дело обстоит и с другими зерновыми культурами: рисом, ячменем, пшеницей[3].

Рис. 1. Процесс одомашнивания кукурузы происходил очень долго, и постепенно она меняла свой внешний вид. На фото – кукурузный початок, тысячу лет пролежавший в древнем амбаре племени пуэбло. Каньон Мул на горе Сидар-Меса в районе Шаш-Джаа национального памятника «Беарс-Ирс» (Bears Ears) на юго-востоке штата Юта

Человеческое упорство в выращивании растений столетие за столетием неуклонно приносило результаты. Вместе с путешественниками и торговыми караванами одомашненные культуры распространились по всему миру. Овощной салат, если подумать, представляет собой маленькое чудо. Его никогда бы не было, если бы очень давно люди в разных концах света не окультурили каждый свое растение. Помидоры пришли к нам из Южной Америки, огурцы – из Индии, шпинат – с Ближнего Востока, капуста и оливки для масла – из Средиземноморья, лук и чеснок – из Центральной Азии[4]. Мы каждый день пьем чай, когда-то найденный в Китае, а по утрам – кофе из Эфиопии, воспринимая это как должное. Но не будь сельского хозяйства, мы не смогли бы раздобыть на завтрак ни арахисовой пасты, ни рисовых хлопьев.

Со временем выращивание растений интенсифицировалось. Население Земли росло, люди богатели, у них менялись запросы. На смену фермерству пришло промышленное растениеводство. Эффективность сельского хозяйства резко выросла вместе с открытием химических средств защиты растений – пестицидов, в странах третьего мира грянула «зеленая революция», и к концу XX в. на смену маленьким хозяйствам пришли агрохолдинги. И все это время растения продолжали меняться в угоду людям. Они становились более урожайными, более устойчивыми к вредителям и болезням, к засухам и к холоду. Когда одни проблемы решались, появлялись новые. Пришло понимание, что от пестицидов, отравляющих все живое, необходимо отказываться, а глобальное потепление снова изменило правила игры. Сортам, созданным для вчерашнего климата, через 10–20 лет придется искать замену, да и растительные патогены быстро приспосабливаются к ситуации, начиная заражать устойчивые культуры, как раньше.

История селекции, таким образом, пишется без остановки. Мы же в рамках этой книги остановимся подробнее на том, какое место в сельском хозяйстве, и в растениеводстве в частности, занимает генетика – область биологии, сосредоточенная на изучении генов и механизмов передачи наследственной информации. А наука эта довольно новая, копаться в ДНК люди научились не так уж давно.

Началось все во второй половине XIX в., в день, когда австрийский монах-августинец Грегор Мендель открыл законы наследования:

1. Закон единообразия гибридов первого поколения: скрещивание организмов, различающихся по вариантам одного гена, даст одинаковых потомков.

2. Закон расщепления генов: при многократном скрещивании у внуков вновь проявятся признаки, присущие бабушкам и дедушкам.

3. Закон независимого наследования: гены, связанные с разными признаками, наследуются независимо друг от друга.

Так появились понятия гибридизации и отбора. При жизни труд Менделя должным образом не ценили, но сегодня его опыты с горохом дети изучают в школе. И правильно делают – вещь полезная. Без Менделя и его экспериментов наш стол мог бы сильно потерять в разнообразии. Например, почти все цитрусовые, которые мы так любим, – это гибриды, получившиеся при скрещивании диких цитронов, помело, кумкватов, микранта и мандаринов. Иными словами, если бы люди не начали когда-то одомашнивать кислые и мелкие цитрусы из Индии, Мьянмы и Китая, то апельсинов, грейпфрутов и лимонов с лаймами попросту не было бы[5].

Гибридизацией можно получать также растения с бескосточковыми плодами. Здесь все дело в копиях хромосом, в которых хранится генетическая информация. У человека, как известно, 46 хромосом, образующих 23 пары. При размножении ребенок всегда берет половину хромосомного набора от мамы, а другую – от папы (23 + 23 = 46). Растения устроены примерно так же, но количество хромосомных наборов у них может быть больше. Так происходит, если родительское растение передает все свои хромосомы потомству, «забывая» их разделить. Это явление называется полиплоидией. Если же в результате гибридизации у растения нарушается парность хромосом, это влияет на их способность размножаться. Они все еще могут давать плоды, но семена в них будут стерильные и очень-очень маленькие. Арбузы без косточек, например, имеют три хромосомных набора. Их получают, скрещивая родителей с двумя и четырьмя наборами соответственно. Бананы и ананасы – тоже полиплоиды, поэтому их так удобно есть. Чтобы найти в ананасе семя, нужно постараться.

В России одним из самых известных сподвижников гибридизации был Иван Владимирович Мичурин. Первые опыты с плодовыми деревьями он начал проводить в 1875 г. у себя на даче. Конечно, народные селекционеры, экспериментировавшие со скрещиванием, были и за 100 лет до него, но именно в конце XIX в. селекция как «сортоводство» стала оформляться в полноценную дисциплину, уважаемую среди прогрессивных аграриев[6].

Второе событие, приблизившее нас к эре генома, – открытие в 1953 г. структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты (по-простому – ДНК) Джеймсом Уотсоном, Френсисом Криком и Розалинд Франклин. Когда оно было сделано, ученые наконец смогли взглянуть на святая святых живой клетки. Практически открыли сейф со всеми ключами от дома. Осталось только взять их и научиться ими пользоваться.