Приручение. 10 биологических видов, изменивших мир

Пир и голод

Картофель стал еще одним основным продуктом питания европейцев, помимо зерна, повысив таким образом продовольственную безопасность – в определенной степени. Трудности возникли, когда страны оказались в слишком сильной зависимости от данной культуры, что было во многом связано со способом ее распространения. Когда подвел и картофель, Европе пришлось очень туго.
Если вам вздумается выращивать картофель на огороде, достаточно будет купить семенной картофель. Название, однако, может ввести в заблуждение. Конечно, это настоящий картофель, только ни о каких семенах речь не идет. Растения, которые развиваются из маленьких семенных клубней, представляют собой копии родительских организмов, выращенных под строгим контролем для сохранения чистоты родословной и сокращения вероятности скрещивания между различными сортами. Картофель – цветковое растение – у него, кстати, весьма симпатичные сиреневые пятилепестковые цветочки, – а основная функция цветов – половое размножение. Когда насекомые собирают с цветов питательные вещества в виде нектара, они приносят пыльцу с других растений. Пыльца в растительном мире играет роль спермы: в ней содержится половинный набор хромосом, мужская ДНК другого или даже того же самого растения. Отличительная особенность этой ДНК заключается в том, что она слегка «перемешалась» при создании пыльцы; такой же процесс происходит и при формировании яйцеклетки растения. Первичные клетки, из которых образуются гаметы, – пыльца и яйцеклетка – содержат хромосомные пары. Во время мейоза – особого процесса деления клеток, в результате которого формируются гаметы, – хромосомы каждой пары обмениваются генами. (Именно в этот момент может произойти дупликация – вспомните о множественном гене амилазы у собак.) Ген одной хромосомы может несколько отличаться от соответствующего гена в другой хромосоме. Только одна хромосома из каждой пары оказывается в пыльцевом зерне или в яйцеклетке лишь с одним из вариантов генов, полученным в результате рекомбинации от одной или другой хромосомы из первоначальной пары, – такие перекомбинированные хромосомы уже отличаются от родительских.
При слиянии пыльцевого зерна и яйцеклетки хромосомы, полученные от каждого из родительских растений, образуют пары – создается совершенно новая комбинация вариантов генов, или аллелей. Половое размножение способствует появлению новых черт и служит источником изменчивости. Но картофель также совершенно естественно размножается вегетативным способом. Именно для этого, с эволюционной точки зрения, растению и нужны клубни. Они служат вовсе не для употребления в пищу человеком (или любым другим животным), а для создания новых копий родительского растения.
Для того чтобы вырастить новый урожай картошки на следующий год, можно собрать семена, однако это не самый эффективный способ создания нового поколения растений. Гораздо проще отложить несколько маленьких клубней на посадочный материал. Помимо этого, использование семян вносит элемент неожиданности в каждый новый урожай, ведь половое размножение обеспечивает изменчивость, которая нежелательна, если необходимо сохранить конкретные характеристики растения. Использование семенного картофеля исключает такие неожиданности, ведь растения, которые вы вырастите, – совсем не новое поколение. Напротив, они являются точными копиями родительских растений. В этом и состоит суть вегетативного размножения: каждое новое растение представляет собой клон предыдущего.
На первый взгляд это неплохой вариант, если вам нужна культура с конкретными характеристиками, которые во что бы то ни стало нужно сохранить. С другой стороны, устранение изменчивости чревато опасными последствиями. Недаром множество растений и животных размножаются именно половым путем – этот способ работает. Повышение изменчивости с каждым новым поколением создает возможность для появления новых вариантов, которые могут оказаться успешными, особенно в условиях изменяющейся среды. Таким образом, изменчивость – одна из естественных гарантий выживания вида в будущем. Ведь среда обитания – это не просто физические условия жизни организма, у нее есть и биологический аспект, поскольку она включает в себя все остальные биологические элементы, с которыми может взаимодействовать животное или растение. Многие подобные биологические факторы представляют угрозу для организма: к ним относятся вирусы, бактерии, патогенные грибы, а также другие растения и животные. И эти потенциальные враги постоянно совершенствуют методы нападения и обхода защиты, которая развилась у конкретного организма под угрозой. Иными словами – настоящая гонка вооружений, в которой судьба обороняющейся стороны, не улучшающей свои методы обороны, предрешена.
Таким образом, если выращивать картофель из семенных клубней и в дальнейшем откладывать часть нового урожая на посадочный материал, эволюционное развитие растения прекратится. Возможно, вам удастся защитить урожай от других угрожающих ему растений-конкурентов – достаточно будет легкой прополки. Может быть, даже получится уберечь картофель от животных, которых привлекут листья или клубни (хотя от жуков бывает очень сложно избавиться). Но самая серьезная и непреодолимая угроза таится в крошечных патогенах, разглядеть которые невооруженным глазом человек не способен: это вирусы, бактерии и патогенные грибы. Не сомневайтесь: злодеи-патогены не будут ждать. Они разработают новые, мощные и коварные способы добраться до вашей драгоценной картошки. И в конце концов им это удастся. Если у растений наблюдается достаточно высокая изменчивость, то есть вероятность того, что некоторые особи окажутся стойкими и переживут нападение вредителей. Но если изменчивость почти отсутствует, то воздействие патогена может быть губительным. В результате может погибнуть весь урожай – причем не урожай отдельного фермера, а всей страны. Именно это и произошло в Ирландии в 1840-х годах.
Если в других странах северо-запада Европы переход к картофелю был постепенным, то Ирландия выбрала иной путь. После того как в 1640 году английские иммигранты привезли в страну новую культуру, местные фермеры с энтузиазмом взялись ее выращивать. Ирландские фермеры поняли, что могут выращивать картофель для себя, на более бедных почвах, поскольку все плодородные пашни были заняты под зерно для землевладельцев, находящихся в Англии. Картофель, который появился в Ирландии в середине XVII века, скорее всего, еще относился к андийской разновидности. Может показаться странным, что он смог быстро приспособиться к северным широтам. Однако климат в Ирландии был настолько мягким (в сентябре там было так же тепло, как в июне), что картофель можно было выращивать до самой поздней осени. Таким образом, растения, чьи предки привычны к короткому световому дню экваториальных широт, давали прекрасный урожай в умеренном климате Ирландии ближе к осеннему равноденствию.
К началу XIX века большая часть выращиваемого в Ирландии зерна по-прежнему экспортировалась в Англию, а местные крестьяне питались в основном картошкой. Но фермеры этого зеленого, влажного острова не могли хранить урожай. Они выращивали картофель, ели его и сажали снова. Генетическое разнообразие ирландского картофеля было совсем небольшим. Фермеры выращивали лишь один сорт картофеля, «Лампер». Это был национальный эксперимент по выращиванию клоновой монокультуры – и он был обречен на провал.
Летом 1845 года на берегах Ирландии появился патогенный гриб Phytophthora infestans. Возможно, его споры прибыли на корабле из Нового Света. Ирландский картофель не был устойчив к новому патогену. С невероятной скоростью болезнь поражала растения, поскольку ветер переносил споры гриба с поля на поле; листья и стебли картофеля чернели, подземные клубни превращались в кашу; в воздухе стоял гнилостный дух. Картофельная чума вновь поразила страну в 1846 и в 1848 годах. Тогда пострадала значительная часть урожая по всей Европе, но именно в Ирландии последствия оказались наиболее трагическими.
С вопиющим равнодушием к страданиям ирландских фермеров англичане продолжали вывозить из страны весь урожай зерновых. Биологическую катастрофу усугубила социальная несправедливость. Ирландским фермерам и их семьям больше нечем было питаться; начался голод, страну поразила эпидемия сыпного тифа и холеры. Трагедия, вызванная болезнью картофеля, получила название Ирландского картофельного голода, или An Gorta Mór. Люди толпами покидали остров; в результате голода начался мощный исход ирландцев, уезжавших на запад, на другой берег Атлантики. Тем, кто добрался до Северной Америки, повезло. В самой Ирландии за три года погибли миллион человек. До сих пор население Ирландии не может сравниться с тем, что было до голода и массовой эмиграции: всего 5 миллионов человек, по сравнению с более чем 8 миллионами в 1840-х годах.
Сегодня нам стоит извлечь уроки из этой страшной трагедии. Контролируя характеристики культивируемых растений и разводимых животных, человек добивается соответствия продуктов питания своим предпочтениям. Это позволяет регулировать соотношения спроса и предложения, а также строить планы на будущее. Но человеку приходится платить за это цену – порой огромную, – когда его действия препятствуют эволюции одомашненных видов, особенно с точки зрения их устойчивости к патогенным организмам.
Кажется парадоксальным, что действия людей приводят к такой уязвимости животных и растений, притом что весь процесс развития сельского хозяйства связан с управлением потенциальными рисками. Образ жизни охотника-собирателя представляется значительно менее безопасным, чем существование фермера: первый полагается лишь на природу, в то время как второй контролирует свой урожай и откладывает всю оставшуюся пищу про запас на трудные времена и, кроме того, способен превращать ее излишки в богатство и власть. Тем не менее контроль человека над природой значительно меньший – и еще более иллюзорный, – чем нам представляется. Человек попытался вмешаться в биологические процессы, приостановить развитие жизни, притом что вся суть природы заключается в изменении. Ограничивая эволюцию домашних видов, мы делаем их крайне уязвимыми.
Кроме того, нам не помешало бы поучиться у охотников-собирателей приспособляемости. Пусть они и использовали картофель как резервный источник пропитания, но никогда не полагались лишь на несколько видов пищи. Конечно, я не предлагаю всем нам стать охотниками-собирателями. При сегодняшней численности населения планеты этот вариант неприемлем. Развитие сельского хозяйства способствовало росту населения, и в то же время мы в какой-то степени оказались загнаны в ловушку на этом этапе культурного прогресса. В своем роде это тоже парадокс. Несмотря на то что мы можем выбирать из стольких видов растений и животных, мы резко ограничили число возможных вариантов. С одной стороны, кажется, что Колумбов обмен стал новым источником разнообразия по обе стороны Атлантики, однако в мировом масштабе люди стали зависеть от очень небольшого количества растений и животных. С другой стороны, разнообразие этих немногих одомашненных видов может быть опасно ограничено. Так, генетическое разнообразие культурного картофеля, выращиваемого вдали от его родины в Андах, сегодня крайне мало.
Один андийский фермер может выращивать более дюжины разных сортов картофеля. Эти растения будут отличаться по внешнему виду, по цвету и форме цветков и клубней, а также процессом роста и развития. Каждый сорт эволюционирует, чтобы приспособиться к конкретной экологической нише высоко в горах, где условия существования значительно варьируются даже на небольших расстояниях. При этом промышленное сельское хозяйство, напротив, стремится сосредоточить внимание на все меньшем числе сортов, и огромные площади отдаются под разведение монокультуры. И это не просто монокультура, а клоновая монокультура. Таким образом, разводимые человеком сорта изначально очень уязвимы.
Майкл Поллан, занявший свою собственную экологическую нишу между описанием живого мира и философией природы, утверждает, что «западному человеку [андийские] фермы представляются неорганизованными и хаотичными… не знакомыми с привычной нам умиротворяющей упорядоченностью искусственно созданного пейзажа». И тем не менее именно эти фермы, где различные сорта культурного картофеля могут довольно свободно скрещиваться с дикорастущими соседями и где многообразие служит защитой от болезней и засухи, тем самым увеличивая шансы отдельных сортов на выживание, представляют собой более здравый подход к земледелию, чем современная промышленная монокультура. Пусть и ненамеренно, андийские земледельцы добились значительных успехов в развитии и сохранении генетического разнообразия выращиваемых ими культур.
В течение многих столетий, а может быть, и тысячелетий фермеры сталкивались с проблемами близкородственного скрещивания. Пусть создание популяции животных или растений с очень малой изменчивостью и удовлетворяет современным культурным нравам и потребностям покупателей супермаркетов, но также делает подобные организмы особенно чувствительными к болезням. Редкие сорта и породы представляют собой ценную коллекцию более широкого генетического разнообразия, и именно поэтому так важно сохранять их, по крайней мере в случае с растениями, собирать и хранить их семена. Сохранение разнообразия генетических ресурсов – как в дикой природе, так и в виде искусственных собраний, таких как банки семян, – возможно, является лучшим способом обеспечить выживание приручённых нами видов. Где-то в этой огромной коллекции есть особая стойкость к заболеваниям, которые, возможно, еще не представляют четкой угрозы, а также способность к развитию новых желаемых характеристик.
Но существует и другой способ придать культурному виду новые, защитные или просто полезные признаки. Ведь есть селекционное разведение, но это долгий процесс, который не всегда дает желаемый результат. Однако в течение многих столетий селекция была единственным доступным человеку инструментом, и, несомненно, она помогла нам добиться впечатляющих изменений у культивируемых растений и домашних животных. Новейшие технологии подарили нам возможность придавать организмам любые необходимые свойства посредством изменения самих генов. Можно создать генно-модифицированные растения, которые будут устойчивы к определенному патогену. Так, в середине 1990-х годов фермеры в Северной Америке проводили опыты по выращиванию созданного с помощью генной инженерии картофеля сорта New Leaf («Новый лист»), способного выделять особый токсин, отпугивающий колорадских жуков. Это был «трансгенный» картофель: ген другого организма, в данном случае бактерии, был введен в геном растения.
Генетические модификации могут действительно стать важным оружием в арсенале человечества, однако они не должны заменять потребность в сохранении генетического разнообразия. В конце концов, генная инженерия никогда не сможет остановить «гонку вооружений» между культурными растениями и патогенами, ведь эволюция тоже не стоит на месте. Более того, генная инженерия до сих пор остается предметом противоречий. Она позволяет вносить изменения в генетический код, с непредсказуемыми последствиями. Но одновременно возможны манипуляции, предполагающие перенос генетической информации от одного вида к другому, с нарушением границ между биологическими видами. И это не единственный случай нарушения биологического «правила». При селекции фермер фактически выбирает среди имеющихся генетических вариантов, он не создает их с чистого листа. Как писал Дарвин в «Происхождении видов», изменчивость не вызывается самим человеком (глава 15). Но именно этим и занимается генная инженерия. Поэтому многие высказывают опасения относительно возможных – и пока неизвестных – долгосрочных последствий нарушения межвидовых границ. В частности, опасения вызывает вероятность «проникновения» новых генов в геномы дикорастущих видов. Более того, подозрительными кажутся и интересы крупных корпораций, поддерживающих развитие данной технологии.
В конце концов картофель New Leaf так и не стал популярным. Генно-модифицированные овощи оказались дорогими и требовали сложного севооборота для снижения вероятности того, что у жуков разовьется устойчивость к картофельному токсину, тем временем на рынке появился новый эффективный пестицид. Именно влияние рынка, а не этические соображения положили конец данному эксперименту менее чем через десять лет после его начала.
Однако, пожалуй, пока еще рано полностью отказываться от модифицированных с помощью генной инженерии организмов. Ведь существует и другой способ применения новейших технологий для придания желаемых характеристик одомашненным видам, а именно поиск нужного варианта определенного гена, который уже существует в генофонде вида, и его распространение во всей селекционной популяции. В данном случае речь не идет о перемещении гена за границы биологического вида, это знакомый нам метод селекции, только в сокращенном варианте. Меня заинтересовало, как именно такое «редактирование генов» выглядит на практике, поэтому я обратилась в Рослинский институт недалеко от Эдинбурга, чтобы встретиться с учеными-генетиками и их подопечными.

 

Показать оглавление

Комментариев: 0

Оставить комментарий