Мы его теряем: биоразнообразие на планете Земля стремительно падает по вине человека. Если гвинейских летучих мышей и американских шмелей жалеют и защищают в основном специалисты-активисты, то лишиться какао, кофе и картофеля — едва ли захочет каждый третий горожанин. Но на самом деле в экосистемах работает принцип домино. Вымрет африканский лесной слон, который досаждает местным жителям — исчезнет западноафриканский лес и многие виды фруктов. Потому что некому будет переопылять растения и разносить семена.
Перспектива страшная, но не безнадежная: оказывается, по всему миру были построены капсулы времени — архивы с семенами и ДНК. Кто их придумал, как они устроены и что это дает человечеству? Прочитаете — узнаете.
Арктический ковчег
Прямо сейчас на Земле происходит шестое массовое вымирание видов. И оно даже масштабнее предыдущих массовых вымираний. Миллион растительных и животных видов находится под угрозой полного исчезновения. Без них к середине века на Земле исчезнут леса, закислится океан, а освободившееся место заполнится пластиком и сорняками и разносчиками болезней.
На случай таких критических потерь ученые-энтузиасты по всему миру создали около 1700 архивов биоматериалов и генетической информации. Самое главное из них находится на заполярном острове Шпицберген, принадлежащем Норвегии. Оно называется Svalbard Global Seed Vault, то есть Всемирное семенохранилище, потому что там собраны семена со всех уголков планеты. В коллекции уже больше 1,2 миллиона экземпляров. А в перспективе может вместить 4,5 миллиона различных образцов.
Это стопятидесятиметровый тоннель, прорытый в скале на глубине 120 метров. В хранилище поддерживается постоянная температура -18°С. Благодаря расположению и криогенным технологиям, даже если отключится электричество, а снаружи начнет теплеть, семена останутся в заморозке еще на 200 лет. Безопасность обеспечена на высшем уровне: доступ есть только у сотрудников, которые проходят проверку на входе, расположение до конца неизвестно общественности, а добраться на остров можно только специальными самолетами. Финансируется шпицбергенское хранилище правительством Норвегии, некоммерческой организацией Crop Trust и множеством добровольных благотворителей.
Большинство других генетических банков гораздо более уязвимы, чем Шпицберген. Расположенные в менее защищенных местах, другие хранилища подвержены климатическим изменениям, в том числе стихийным бедствиям, могут быть разрушены в ходе военных действий или заброшены из-за недостатка финансирования. Поэтому в Svalbard Global Seed Vault собраны дубликаты их образцов для дополнительной страховки.
Так, филиппинский национальный банк, к сожалению, уже затопило, а коллекции в Ираке и Афганистане частично уничтожили, а частично разграбили. Сирийские исследователям тоже пригодились их шпицбергенские вклады: свою утерянную из-за гражданской войны коллекцию они восстанавливали в Марокко и в Ливане — что не так-то просто. Как создание нового хранилища, так и восстановление утраченного требует от государства колоссальных долговременных вложений, а от ученых — подлинного энтузиазма и самоотдачи.
Плоды науки
Как бы это ни было печально, в 2022 году Россию лишили доступа к Всемирному семенохранилищу и ее вкладам туда. К счастью, в России существует собственный аналог — Федеральное криохранилище. Оно находится в Якутии, при институте мерзлотоведения имени П. И. Мельникова СО РАН, и замуровано в толще многолетних мерзлых пород, особенно устойчивых к потеплению. Зимние температуры там достигают -60°С.
Благодаря естественным особенностям климата и инженерной конструкции строения низкие температуры поддерживаются естественным путем — а значит, не требуется тратить электричество на дополнительное охлаждение. Сейчас это единственный в мире энергонезависимый генетический банк. Добраться до Якутии тоже весьма непросто, поэтому биоматериалы там находятся в безопасности. Пока хранилище рассчитано на 100 тысяч образцов, но его планируют расширять.
До создания якутского семенного банка Федеральное хранилище было расположено в Краснодарском крае: там собрали самую внушительную в России коллекцию. Но срок годности семян и саженцев быстро истекал, и их приходилось регулярно пересевать. Это требовало много времени и усилий. Так что в итоге основной банк перенесли в Якутию, где семена могут храниться в отличном состоянии то в течение десятилетий.
А первую в мире генетическую коллекцию растений со всего света собрал петербургский ученый Н.И. Вавилов. На ее базе был создан банк растений в институте растениеводства им. Вавилова. Его сотрудники занимались селекцией и выращивали особенно ценные сорта. Но во время Второй мировой войны посевной банк оказался особенно ценен. Семенами отборных пищевых сортов, например картофеля, засеивали парки и скверы в осажденном блокадой Ленинграде. Картофель необходимо было пересеять, чтобы сохранить уникальные образцы вида. При этом большая часть собранного урожая пошла на обеспечение страдающих от голода горожан. Всеми правдами и неправдами ученым удалось сохранить почти весь комплект биоматериалов — и после окончания войны семена использовались для восстановления сельского хозяйства в стране. Например, лучшие тончайшие льняные ткани произведены на основе посевов из спасенной коллекции.
В итоге после Второй мировой разные страны начали создавать у себя генетические банки — тренд распространился по всему миру. А вавиловская коллекция до сих пор служит для селекции новых видов. Всероссийский институт растениеводства получает запросы от селекционеров и отправляет им около пяти тысяч семян ежегодно. Многие холодоустойчивые сорта — плод работы петербургского института. Ученые создают культуры, которые можно выращивать даже за Полярным кругом. А также обогащают зерна, фрукты и овощи полезными веществами. В числе их экспериментов питательный чай на основе богатого белками амаранта — который сумели вырастить в наших северных условиях — и богатая антиоксидантами круглая морковь.
Спасаем будущее сейчас
Восстановление утраченных видов — это не какая-то мрачная перспектива отдаленного будущего. Человечеству приходится заниматься этим уже сейчас. С помощью британских образцов восстанавливают не только местные луга, но и мадагаскарские, индонезийские и мексиканские популяции. Британский Millennium Seed Bank критически важен для сохранения мирового биоразнообразия, поскольку там хранится большинство образцов дикорастущих видов.
Именно дикорастущие виды обеспечивают, с одной стороны, благополучие экосистем: предотвращают эрозию почвы, поддерживают пищевые цепочки. А с другой стороны — продовольственную безопасность человечества.
Сейчас основу рациона Земли составляют преимущественно монокультуры — десяток видов, которые выращивают в огромных количествах на огромных территориях. Проблема такого подхода в том, что из-за засилья одной культуры пахотная земля устает и «выдыхается». И постоянно требуется создавать новые поля, а для этого, например, вырубать лес. Постепенно многие виды лишаются жизненного пространства, а их место занимает одна только соя или пшеница. Затем истощенные почвы легко выветриваются и теряют свою пригодность. Это порождает проблемы уже для выращивания самой монокультуры. Такая система хозяйствования очень нестабильна: например, засуха на больших территориях может вызвать масштабный неурожай риса. А это основной продукт для более чем половины жителей планеты.
В перспективе, если освободить честь территорий, занятых монокультурами, и вернуть их исконным обитателям, можно сделать мировую продовольственную систему более устойчивой. Идея состоит в том, чтобы перевести жителей каждого региона на более разнообразный рацион из локальных видов и снизить тем самым риск глобального голода. Если бы во время картофельной эпидемии в Ирландии крестьяне продолжали бы выращивать репу и другие эндемичные пищевые культуры, четырехлетнего голода удалось бы избежать. В результате зависимости от картошки как от основного источника пищи, от голода погибло до миллиона человек (а проживало в Ирландии тогда чуть больше 8 миллионов), еще 1,7 миллиона вскоре эмигрировало.
Кроме того, генетические образцы — ценный материал для перспективных научных исследований. К примеру, грызун под названием «голый землекоп» (Heterocephalus glaber) долго живет, вынослив к высоким концентрациям CO2 и, что главное, не болеет раком. Возможно, исследование его генома поможет и людям адаптироваться к загрязнению углекислым газом или приобрести «иммунитет» к онкологическим заболеваниям. Впрочем, уже сейчас генетические модификации такого рода позволили улучшить характеристики и обеспечить сохранность многих видов: например, сделать их устойчивыми к вредителям. В общем, если бы таких хранилищ не существовало, их точно следовало бы изобрести.
В отношении человечества верной оказывается поговорка «что имеем — не храним», но у нас, по крайней мере, есть возможность резервного копирования. А так балансировать над пропастью становится проще.
Автор: Екатерина Доильницына