В футуристических лабораториях Университета Вагенингена в Нидерландах растения сканируют, подвергают стрессу и анализируют. Цель — использовать результаты для создания сортов растений, которые смогут лучше служить растущему населению в условиях потепления климата.
Ряды саженцев томатов стоят в комнате, оснащенной камерами. Им всего несколько недель, они находятся под постоянным наблюдением: ученые следят за малейшими изменениями цвета, температуры и фотосинтеза.
Эти растения выращиваются в камере, имитирующей жаркий и влажный климат Индии. Анализируя их реакцию на различные стрессовые факторы, исследователи Университета Вагенингена стремятся выявить генетические признаки, которые могут сделать культуры устойчивыми к изменению климата, вызванному деятельностью человека.
«Мы можем регулировать температуру. Мы можем вызвать тепловой стресс, можем ненадолго заморозить, чтобы смоделировать ночные заморозки, которые могут быть очень разрушительными для молодых растений», — объясняет Рик ван де Зедде, программный менеджер Нидерландского центра экопенотипирования растений (NPEC). «Мы можем ввести засоление, добавив соль».
Фактически, ученые могут смоделировать практически любые условия на планете. «Я бы назвал это спортзалом для растений», — добавляет ван де Зедде.
Эти исследования становятся все более важными. Сельское хозяйство традиционно полагалось на предсказуемые сезоны и условия: фермеры планировали свою работу с учетом устоявшихся погодных закономерностей, например, сажали весной и собирали урожай осенью.
Но по мере того как общества сжигают ископаемое топливо, нагревающее планету, рост глобальных температур нарушает этот ритм. Учащающиеся волны жары, более продолжительные и интенсивные засухи, а также сильные наводнения, вызванные глобальным потеплением, все больше ставят под угрозу урожай.
После аномальной жары этим летом фермеры в некоторых регионах Германии предупреждают о неурожае. Потери производства зерна уже зарегистрированы в таких странах, как Франция, Венгрия и Великобритания.
По прогнозам, к 2050 году население мира достигнет 10 миллиардов человек, и давление на производство продовольствия усиливается. Эта гонка усугубляется ростом потребления мяса, что подразумевает выращивание большего количества зерна для корма скота. Одновременно растет спрос на культуры для производства биотоплива, которое изготавливается из органических материалов, включая растения или отходы животноводства.
Поэтому для исследователей вопрос уже не просто в том, как вырастить больше продовольствия, а как сделать это во все более сложных условиях.
Нидерланды, называемые «Кремниевой долиной» сельского хозяйства, уже давно являются лидером в области фермерских инноваций. Несмотря на свои относительно небольшие размеры, страна является вторым по величине экспортером сельскохозяйственной продукции по стоимости в мире — после США.
В теплицах Университета Вагенингена ученые воссоздают такие условия окружающей среды, как засуха, тропическая влажность или морозные ночи, и используют ряд технологий для мониторинга растений. В течение нескольких недель автоматические весы записывают вес древесных пород каждые три минуты, чтобы выяснить, сколько воды им нужно. А сложные сканеры отслеживают движение листьев в рамках процесса, известного как фенотипирование, которое измеряет растения и их признаки.
Хотя ботаники на протяжении тысячелетий отслеживали флору, чтобы отбирать лучшие растения, эти процессы исторически были ручными, а потому медленными и кропотливыми. «Все лабораторные измерения ограничивали размер экспериментов», — говорит ван де Зедде DW. «Если вы посмотрите вокруг здесь, в NPEC, вы увидите, что мы говорим о тысячах растений в одном эксперименте».
Несмотря на сложность лаборатории, она не может полностью воспроизвести реальные условия. Такие факторы, как град, сильный ветер или разная температура почвы, по-прежнему трудно воссоздать. Экспериментальные поля ячменя недалеко от университета обеспечивают важную проверку реальности. Именно там исследователи используют мобильную визуализацию и системы GPS-позиционирования для сбора данных о сотнях сортов сельскохозяйственных культур в полевых условиях.
Сравнивая результаты тепличных и полевых исследований, они могут лучше выявить признаки растений, которые помогут производить продукты питания, устойчивые к изменению климата. «Все дело в приспособленности. Мы просто оцениваем: как эти растения реагируют на стресс? Какие из них справляются с ним, какие страдают от него», — говорит ван де Зедде.
Исследователи могут использовать данные, чтобы увидеть профили ДНК, связанные с устойчивостью к определенным стрессовым факторам. Затем они могут скрещивать сорта — например, один с высокой урожайностью и один устойчивый, — чтобы получить устойчивое потомство. Цель — ускорить эволюцию. Правительство Нидерландов и компании по разведению растений, финансирующие исследования, решат, какие варианты продолжать разводить.
Однако Алан Полс, кандидат наук в лаборатории генетики университета, говорит, что этот процесс встретил критику со стороны некоторых кругов. «Когда говоришь со старшим поколением, я определенно чувствую, что они не доверяют этому», — говорит он. «Как только речь заходит о том, чтобы взять еду или растения в лабораторию, сразу вспоминаешь о ГМО».
Генетически модифицированные организмы, или ГМО, — это организмы, гены которых были искусственно изменены, чтобы придать им определенные характеристики. Один из способов — вставить ген из другого вида, например бактерии, в растение. В Европейском союзе генетическая модификация строго регулируется законом и требует тщательных проверок безопасности. В Вагенингене лишь 5% экспериментов связаны с генетически модифицированными растениями. Большинство сосредоточено на отборе существующих признаков с помощью фенотипирования, ускоряя естественные процессы, а не создавая новые характеристики.
Полс считает, что аргумент о том, что чрезмерное вмешательство делает пищу искусственной, устарел. «Думаем ли мы, что это искусственно, потому что задействована машина? Думаем ли мы, что это искусственно, потому что это происходит так быстро или в лаборатории?» — говорит он. «Я все еще могу собирать рис серпом, но сможет ли он накормить миллиард людей вовремя? Нет».
Source: www.dw.com