Засухостойчивые растения

Небывалая жара, от которой на протяжении с лишним трёх недель изнывала Западная Европа, наконец-то отступила. Однако причинённый ею ущерб – экологический, экономический и социальный – не поддаётся оценке. В одной только Франции жара унесла жизни более чем 3-х тысяч человек – в основном, пожилых. Многочисленные пожары в Португалии, Испании, Италии, Франции, Греции уничтожили леса на площади в сотни тысяч гектаров, в огне погибли десятки людей, тысячи лишились крова. И в довершение всего, фермеры жалуются на вызванные засухой потери урожая зерновых культур: в частности, в Германии эти потери составляют, в зависимости от региона, от 15-ти до 80-ти процентов.

Казалось бы, с сельскохозяйственным аспектом жары справиться проще, чем, скажем, с лесными пожарами или массовыми инфарктами миокарда. Тем более что учёные всего мира – генетики и селекционеры – давно работают над выведением засухоустойчивых растений. В ряде лабораторий США и Японии уже получены первые опытные образцы пшеницы и рапса, вроде бы способные без особого ущерба для себя переносить засуху. И всё же дело продвигается с трудом. Оказалось, что повысить, скажем, сопротивляемость растения насекомым-вредителям гораздо проще, чем укрепить его засухоустойчивость – несмотря на то, что все предпосылки для этого налицо. Профессор Томас Альтман (Thomas Altmann), научный сотрудник Института молекулярной физиологии растений имени Макса Планка в Гольме близ Потсдама, поясняет:

Совершенно очевидный аспект здесь состоит в том, что практически любое растение способно выдержать самую страшную засуху. Ведь любое растение даёт семена, которые высыхают и могут в таком состоянии пребывать долго, а если их увлажнить, они набухают и прорастают. Значит, в принципе все растения имеют набор генов, помогающих преодолевать засушливые периоды. Всё дело в регуляции: когда и где активируются гены, реализующие эти защитные свойства.

Для профессора Альтмана, как и для большинства других исследователей, специализирующихся на генетике растений, главным модельным организмом является резушка Таля (Arabidopsis thaliana). Среди учёных этот небольшой вездесущий сорняк знаменит ничуть не меньше, чем плодовая муха Drosophila melanogaster или червячок Caenorhabditis elegans. С резушкой Таля работает и Казуо Шинозаки (Kazuo Shinozaki) из японского научно-исследовательского центра RIKEN. Проведённые им и его коллегами опыты показали, что количество генов, реагирующих на засуху, у резушки Таля приближается к тысяче. Понятно, что целенаправленно повлиять на столь сложные взаимосвязи исследователи не могут. Поэтому они попытались выяснить, каков механизм управления всеми этими сотнями генов, и при этом обнаружили, что существует всего четыре регулятора, способных запустить генетическую программу защиты от засухи. Обычно в клетках растения имеется лишь по одной копии каждого из таких регуляторов. Доктор Казуо Шинозаки внедрил в наследственный материал резушки дополнительные копии этих регуляторов, чтобы усилить реакцию растения на засуху. Результаты, полученные японскими учёными, профессор Альтман считает очень важными:

Мы видим: сверхактивность этих основных регуляторов – мы называем такое их состояние гиперэкспрессией – приводит к тому, что растение сохраняет свежесть и жизнеспособность, в то время как обычные, не модифицированные экземпляры полностью засыхают и гибнут. Экспериментальные данные и фотоснимки, представленные господином Шинозаки, впечатляют: его подопытные растения действительно гораздо лучше переносят засуху.

На минувшей неделе коллеги профессора Альтмана – учёные Ботанического института при Боннском университете – сообщили о том, что ими выделен ген, обеспечивающий высокую засухоустойчивость одного из южноафриканских растений – Craterostigma plantagineum, – известного своей способностью месяцами обходиться без воды. Этот ген контролирует синтез особого фермента альдегид-дегидрогеназы, который защищает растение от действия ядов, накапливающихся в нём в период засухи. Боннские исследователи внедрили ген в наследственный материал резушки Таля, что повысило её выживаемость в условиях засухи до 16-ти дней – обычные растения гибнут уже через 12 дней. Правда, едва ли найдётся крестьянин, который обрадуется, узнав, что теперь сорняки могут стать более засухоустойчивыми, чем выращиваемые им полезные культуры. Но цель всех этих исследований, конечно, не в том, чтобы вывести более жизнеспособные сорта сорняков, – говорит профессор Альтман:

Знания, полученные в ходе экспериментов с резушкой Таля, данные о механизме такой регуляции, конечно же, могут быть перенесены на другие растения. И есть основания полагать, что внедрение гена, позаимствованного у резушки Таля, скажем, в такой родственный ей вид того же семейства крестоцветных как рапс вызовет аналогичную реакцию.

Однако прежде, чем фермеры засеют поля трансгенными засухоустойчивыми сортами зерновых культур, пройдёт ещё немало времени. Во-первых, всё ещё неясно, как генетически модифицированные растения повлияют на здоровье населения. Во-вторых, искусственно внедрённые гены склонны постепенно распространяться, и если ген засухоустойчивости попадёт в сорняк, это может иметь далеко идущие негативные последствия. А в-третьих – и это, наверное, для фермеров самое важное, – пока непонятно, как обстоит дело с урожайностью таких трансгенных культур: ведь постоянная готовность противостоять засухе требует от растения лишних расходов энергии, а это снижает урожайность.

Но если придать растениям засухоустойчивость учёные могут лишь методами генной инженерии, то в борьбе с насекомыми-вредителями они располагают более широкими возможностями. Помимо генной инженерии и использования пестицидов успех сулит «биологическое оружие», то есть естественные враги вредных насекомых. До сих пор в качестве таковых использовались бактерии, грибы и другие насекомые. Теперь пришла очередь червей. Ральф-Удо Элерс (Ralf-Udo Ehlers), сотрудник рабочей группы «Биотехнология» Института фитопатологии Кильского университета, говорит:

Нематоды – это ленточные черви. Некоторые из них вам наверняка известны, они встречаются в рыбе.

Несколько лет назад в Германии в ряде рыбных продуктов были обнаружены крохотные червячки, что вызвало грандиозный скандал. Однако Элерс и его коллеги занимаются другими – полезными – нематодами:

Эти черви, с которыми мы работаем, являются очень специфическими организмами. Они уничтожают только насекомых. Мы разбрызгиваем раствор, в котором содержатся мельчайшие черви, с помощью обычного опрыскивателя – таким распыляют пестициды. Червячки сразу проникают в почву и убивают обитающих там вредителей.

Сегодня уже более десятка видов ленточных червей несут службу на полях. Их главное достоинство – избирательность: каждый вид червей специализируется на каком-то одном виде вредителей, не причиняя никакого вреда прочей фауне. Но у биологического оружия есть и недостатки. Во-первых, оно дороже, чем пестицидная дубина. А во-вторых...

Ещё одна проблема заключается в том, что мы, несмотря на очень долгие исследования, продолжающиеся уже более 15-ти лет, до сих пор очень мало знаем о процессах, происходящих в почве, о взаимном влиянии отдельных организмов в этой экосистеме. А это необходимо знать, чтобы применять метод на больших площадях, –

говорит Франк Тильман (Frank Tillmann), сотрудник кильской фирмы «e-nema». Впрочем, учёных интересует и ещё одна проблема:

Это тоже очень интересный вопрос: насколько удастся использовать нематод против насекомых-вредителей, обитающих не в почве, а непосредственно на растениях? Дело в том, что нематоды очень чувствительны к высыханию, они плохо переносят ультрафиолетовое излучение. Разработать составы, которые защищали бы нематод, своего рода солнцезащитный крем для ленточных червей – это очень сложная задача.

А как обстоит дело с экологической безопасностью такого биологического оружия? Не может ли оно причинить серьёзный вред окружающей среде? Хейкки Хокканен (Heikki Hokkanen), сотрудник Хельсинского университета, говорит:

За последние 5 лет в рамках ЕС мы попытались разработать методику оценки риска, связанного с использованием живых организмов в борьбе с вредителями. Не могут ли заодно пострадать другие – возможно, редкие, – виды насекомых или сами растения, подлежащие защите? Наш опыт свидетельствует о том, что это дело совершенно безопасное. Вся история применения биологических методов борьбы с вредителями знает всего лишь 3 или 4 случая, когда вообще возникли какие-то проблемы.

И всё же главным средством борьбы с сельскохозяйственными вредителями были и остаются пестициды. Что до биологических методов, то Ральф-Удо Элерс признаёт:

Они всё ещё относительно дороги. А потому проникли пока лишь на малые рынки. Я имею в виду декоративное растениеводство, овощеводство и садоводство. Большие рынки – рапс, пшеница, ячмень – ещё для этого не созрели.

Но если с вредителями ещё можно бороться, используя их естественных врагов, то в борьбе с сорняками альтернативы химии нет. В то же время не секрет, что широкомасштабное применение гербицидов наносит ущерб окружающей среде. Гораздо разумнее – и с экологической, и с финансовой точек зрения, – было бы прицельно опрыскивать лишь сами сорняки. Чтобы обеспечить фермерам такую возможность, датские учёные сконструировали специального робота. Внешне он напоминает большую детскую игрушку: алюминиевая рама на четырёх колёсах, сверху смонтированы два металлических ящика, соединённых кабелями и проводами. Свенд Кристенсен (Svend Christensen), научный руководитель Датского института сельскохозяйственных исследований в Хорсенсе, говорит:

Наш робот имеет привод на все четыре колеса. Длина машины – метр, ширина – полметра. На раме установлен прибор, поддерживающий связь с глобальной спутниковой радионавигационной системой GPS, что позволяет роботу определять своё местоположение с точностью до нескольких сантиметров. Цифровая камера регистрирует окружающую растительность, полученные снимки поступают в бортовой компьютер. На нём установлена специальная программа, позволяющая идентифицировать растения по внешнему виду.

Помимо Кристенсена и его коллег, в создании робота принимали участие сотрудники университетов Ольборга и Копенгагена.

Мы добились высокой надёжности в распознавании 15-ти видов сорняков, наиболее широко распространённых в Дании. Лучше всего результаты бывают весной, когда у сорняков ещё не очень много листьев, и они не заслоняют друг друга. Но это и неплохо – в конце концов, любой крестьянин хочет избавиться от сорняков как можно раньше.

Правда, пока робот занимается лишь регистрацией сорняков. Опираясь на собранные им данные, фермеры потом сами опрыскивают гербицидами наиболее поражённые сорняками участки поля.

Преимущество робота в том, что он позволяет экономить гербициды за счёт их прицельного применения. Эта экономия достигает 70-ти процентов.

Со временем датский робот и бороться с сорняками будет самостоятельно. Тут возможны два технических решения. Первое: обнаружив и идентифицировав сорняк, робот опрыскает его гербицидом. Второе:

Другой исследовательский проект предусматривает создание самоходного аппарата для автоматизированной механической прополки. Такой робот может найти применение на плантациях сахарной свёклы и других культур, высаживаемых рядами, – там ему достаточно свободного пространства.

На полях, засеянных овсом, пшеницей или кукурузой, такой робот столкнётся с большими трудностями. Во-первых, растения стоят слишком плотно, роботу негде развернуться. А во-вторых:

Если иметь в виду злаки, то многие сорняки внешне очень похожи на зерновые культуры. Различить их – задача для робота пока непосильная.

Робот должен появиться на рынке через 2-3 года. Массового распространения он, скорее всего не получит, поскольку стоит слишком дорого, а гербициды – слишком дёшево. Кристенсен рассчитывает на фермеров, специализирующихся на производстве экологически чистых сельхозпродуктов:

Эти фермеры остро нуждаются в таком роботе. Ведь эффективная борьба с сорняками обходится в таких хозяйствах очень дорого, так что робот быстро окупится.

Автомобильная рубрика

По результатам испытаний на устойчивость, проведённых Американской национальной администрацией безопасности движения на шоссейных дорогах (NHTSA), из 52-х испытанных моделей лишь 17 удостоились высшей оценки – пяти звёзд. Самую низкую оценку – две звезды – получил пикап «Toyota Tacoma» 2003-го года выпуска.

«Пятерки» комиссия поставила таким моделям, как «Audi TT», «Buick LeSabre», «Chrysler Concorde», «Dodge Intrepid», «Ford Mustang» и «Mercedes-Benz E320».

Большинство участников испытаний, в том числе «Acura RL», «Buick Century» и «Buick Park Avenue», «Chevrolet Cavalier», «Honda Accord» и « Honda Civic», а также «Volkswagen New Beetle», получили по четыре звезды.

Оценка «пять звёзд» означает, что вероятность опрокинуться набок или вообще встать на крышу составляет менее 10-ти процентов, «две звезды» – от 30-ти до 40-ка процентов.

Производители, как водится, недовольны результатами тестов, равно как и тем, как NHTSA оценивает устойчивость автомобилей. Дело в том, что при этих тестах проводятся не реальные испытания на местности, а виртуальные, т.е. рассчитанные компьютером на математической модели. По утверждению NHTSA, такой метод даёт достоверные результаты. Впрочем, уже в этом году администрация начнёт проводить и натурные испытания, которые позволят оценить, как ведёт себя на крутых виражах реальный автомобиль.

Ни для кого не секрет, что ДТП, связанные с опрокидыванием автомобиля, часто заканчиваются самым печальным образом. Только в США в прошлом году в таких авариях погибло более 10-ти тысяч человек.

Кроме рейтинга устойчивости, NHTSA обнародовала и результаты крэш-тестов на безопасность при лобовом и боковом столкновении.