Ряды саженцев томатов стоят в комнате, заставленной камерами. Им всего несколько недель, и они находятся под постоянным наблюдением, поскольку ученые наблюдают за ними на предмет малейших изменений цвета, температуры и фотосинтеза.
Эти растения растут в камере, имитирующей жару и влажность климата Индии. Анализируя их реакцию на различные стрессоры, исследователи из Вагенингенского университета в Нидерландах стремятся выявить генетические особенности, которые потенциально могут сделать сельскохозяйственные культуры устойчивыми к антропогенному изменению климата.
«Мы можем регулировать температуру. Мы можем дать им фазу теплового стресса, мы можем быстро замерзнуть, чтобы имитировать ночные заморозки, которые могут быть очень разрушительными для молодых растений», — объясняет Рик ван де Зедде, менеджер программы Нидерландского центра экофенотипирования растений (NPEC). «Мы можем повысить соленость, добавив соль».
Фактически, учёные могут смоделировать практически любые условия на планете. «Я бы назвал это тренажерным залом для растений», — добавляет ван де Зедде.
Почему понимание растений так важно
Это исследование становится все более важным. Сельское хозяйство традиционно полагалось на предсказуемые времена года и условия: фермеры планировали, исходя из установленных погодных условий, например, сажали весной и собирали урожай осенью.
Но поскольку общества сжигают ископаемое топливо, которое нагревает планету, повышение глобальной температуры нарушает этот ритм.
Усиление волн тепла, более длительные и интенсивные засухи, а также сильные наводнения, вызванные глобальным потеплением, все больше подвергают урожай сельскохозяйственных культур риску.
После резкого повышения температуры 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 Земли достигнет 10 миллиардов человек, поэтому необходимо производить достаточное количество продовольствия. Эта гонка усиливается из-за роста потребления мяса, что подразумевает выращивание большего количества зерна на корм животным.
Одновременно растет спрос на сельскохозяйственные культуры, которые можно использовать в качестве биотоплива, которые производятся из органических материалов, включая растения или отходы животного происхождения.
Таким образом, для исследователей вопрос уже не в том, как выращивать больше продуктов питания, а в том, как делать это во все более сложных условиях.
Путь высоких технологий вперед
Нидерланды, получившие название «Силиконовая долина» сельского хозяйства, уже давно являются лидером в области инноваций в сельском хозяйстве. Несмотря на свои относительно небольшие размеры, страна является вторым в мире экспортером сельскохозяйственной продукции по стоимости – после США.
В теплицах Университета Вагенингена ученые воссоздают условия окружающей среды, такие как засуха, тропическая влажность или морозные ночи, и используют ряд технологий для наблюдения за растениями.
В течение нескольких недель автоматические весы каждые три минуты записывают вес пород деревьев, чтобы определить, сколько воды им нужно. А сложные сканеры отслеживают движение листьев в рамках процесса, известного как фенотипирование, который измеряет растения и их особенности.
Хотя ботаники отслеживали флору на протяжении тысячелетий, чтобы выбрать лучшие растения, исторически эти процессы были ручными, а потому медленными и кропотливыми.
«Все лабораторные измерения ограничивали размер экспериментов», — рассказал DW ван де Зедде. «Если вы посмотрите здесь, в NPEC, вы увидите, что мы говорим о тысячах растений в одном эксперименте».
Проводим эксперименты в полевых условиях
Несмотря на сложность лаборатории, она не может полностью отражать реальные условия. Такие факторы, как град, сильный ветер или разная температура почвы, по-прежнему трудно воссоздать.
Рядом с университетом экспериментальные поля ячменя служат важной проверкой реальности. Именно там исследователи развертывают мобильную визуализацию и используют системы GPS-позиционирования для сбора данных о сотнях сортов сельскохозяйственных культур в полевых условиях.
Сравнивая результаты в теплице и в полевых условиях, они смогут лучше определить характеристики растений, которые помогут производить продукты питания, устойчивые к меняющемуся климату.
«Все дело в приспособленности. Мы просто засчитываем: как эти растения реагируют на стресс? Какие из них могут с ним справиться, какие от него страдают», — говорит ван де Зедде.
Исследователи могут использовать эти данные, чтобы увидеть профили ДНК, связанные с толерантностью к определенным стрессорам. Затем они смогут скрещивать сорта — например, один с высокой урожайностью и другой, устойчивый к выносливости, для получения выносливого потомства.
Что будет дальше с исследованием?
Цель состоит в том, чтобы ускорить эволюцию. Правительство Нидерландов и компании по селекции растений, финансирующие исследования, решат, какие варианты продолжать выводить.
Но Алан Полс, кандидат наук в Лаборатории генетики университета, говорит, что этот процесс был встречен критикой со стороны некоторых кругов.
«Когда вы разговариваете со старшим поколением, я определенно чувствую, что они ему не доверяют», — говорит он. «В тот момент, когда вы говорите о том, чтобы принести еду или растения в лабораторию, вы сразу же думаете о ГМО».
Генетически модифицированные организмы, или ГМО, подверглись искусственному изменению генов, чтобы придать им определенные характеристики. Один из способов сделать это — вставить в растение ген другого вида, например, бактерии.
В Европейском Союзе генетическая модификация строго регулируется законом и требует строгих проверок безопасности. В Вагенингене только 5% экспериментов связаны с генетически модифицированными растениями. Большинство из них сосредотачиваются на выборе существующих признаков посредством фенотипирования, ускоряя естественные процессы, а не создавая новые характеристики.
Паулс считает, что аргумент о том, что слишком сильное вмешательство делает пищу искусственной, устарел.
«Думаем ли мы, что это искусственно, потому что в этом задействована машина? Думаем ли мы, что это искусственно, потому что это происходит так быстро, или это происходит в лаборатории?» он говорит. «Я все еще могу собирать рис серпом, но сможет ли он вовремя накормить миллиард людей? Нет».
Монтажер: Тэмсин Уокер
Эта статья была адаптирована из видео из серии DW «Планета А».
