Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Биология»Содержание №47/2001

НОВОСТИ НАУКИ

И.ЛАЛАЯНЦ

Виртуальная ботаника

Выращивание культурных растений помимо высококвалифицированного труда агронома и ботаника требует расходования и других ресурсов, таких как удобрения, инсектициды, пестициды. Чтобы разработать наиболее эффективные средства борьбы с вредителями растений, причем желательно качественные и недорогие, их производителям нужны конкретные цифры. Проще всего определить их так: весной посеял, потом все лето каждый день следи за состоянием делянок и проводи необходимые агротехнические мероприятия, а осенью собери и подсчитай урожай. Однако этот путь малоэффективен – он относительно дорог и требует больших затрат времени.

В Исследовательском институте сельского хозяйства в Варвикшире (Великобритания) для этих же целей используют компьютерные модели культурных растений.

В качестве базовой модели кроны растения была взята форма «канапе» хризантемы. На дисплее хорошо видно, как модели вредителей и их естественных врагов мигрируют по растению. Компьютерный эксперимент показывает, что, как и в реальности, вредители идут на шаг впереди своих врагов. Миграция осуществляется вроде бы случайным образом, однако в разных местах растения возникают самые настоящие «горячие точки» – яйцекладки, причем самки предпочитают нижнюю поверхность листа.

Хищники разыскивают кладки яиц по ароматам феромонов, испускаемым кладками, а также запахам естественных инсектицидов, которые продуцируют растения в пораженных местах. Моделирование показало, что для контроля численности вредителей хищники, питающиеся ими, или паразиты, например наездники, должны передвигаться быстрее своих жертв. Можно определить и оптимальный образ действия людей: выпускать ли «контролеров» в одном определенном месте или делать это случайным образом.

Учет формы и объема виртуальных растений позволяет рассчитать количество необходимых пестицидов. Трехмерные формы конкретных растений определяются следующим образом.

Вокруг растения располагается фиксирующее устройство, состоящее из трех микрофонов. Микрофоны улавливают отраженные от стебля звуковые волны, издаваемые миниатюрным звуковым генератором, и направляют полученные сигналы в компьютер. На основе анализа этих сигналов компьютер воспроизводит трехмерное изображение растения, которое с помощью графопостроителя переносится на бумагу или иной носитель.

Так откуда же кукуруза?

В свое время много шума наделала заметка в Nature, автор которой углядел в руке одной из древнеиндийских статуй... початок кукурузы. Под сомнение была взята вся история ботаники и теория «центров происхождения» Н.И. Вавилова. Горячий спор все же завершился в пользу «американки».

В самой Америке спор о происхождении початков долго не утихал. Одни специалисты утверждали, что сегодняшняя культурная кукуруза – потомок теосинта, травы, которая и поныне все еще растет в отдаленных районах Южной Мексики, куда редко ступала нога человека. Другие утверждали, что кукуруза есть кукуруза и ни что иное.

Казалось бы, схоластический спор – не все ли равно, откуда взялось это важное для экономики многих стран растение. Но за этим спором стоит чисто практический интерес – именно у диких предков можно искать гены, столь нужные для защиты культурных растений от вредителей и для увеличения урожайности. Речь идет также о засухоустойчивости и морозоустойчивости, о повышении содержания белка в зерне и о многих других полезных качествах. Те же качества можно получить с помощью явления гетерозиса, однако это довольно дорогое удовольствие – такие гибриды не передают свои полезные качества потомкам, и их приходится получать каждый год заново.

Решению проблемы помогли ДНК-отпечатки, по которым проводится идентификация личности и поиск родственников. Анализы ДНК, проведенные в Гарвардском университете, свидетельствуют, что именно древний теосинт является генетическим предком кукурузы. Просто культурная селекция, проведенная людьми в течение многих тысячелетий, неузнаваемо изменила внешний облик растения.

Считается, что кукуруза культивировалась жителями Америки еще 4600 лет назад. Она была для аборигенов Америки тем же, чем и пшеница для древних жителей Ближнего Востока или рис на Дальнем Востоке.

И даже цитрусовые...

Анализ ДНК все шире ведется при решении давних споров о происхождении и родственных связях различных видов и видовых групп.

Более 2 тыс. лет известны селекция и культивирование цитрусовых. Помимо лимона в культуре широко распространены мандарин, апельсин, лайм, цитрон и грейпфрут. Есть еще и помело, или «яблоко» по-испански. Этот сладкий зеленый и крупный цитрус из далекой Севильи похож на незрелый грейпфрут.

Анализ ДНК показал, что все разнообразие нынешних цитрусовых обязано своим происхождением всего лишь трем исходным видам. Это цитрус «ретикулята» (по-латыни–сетчатый), ярким представителем которого является мандарин, цитрус «грандис» (большой), произрастающий в Юго-Восточной Азии и представленный упоминавшимся помело, и цитрон, давший начало лимону и мелкому и кислому зеленому лайму. Именно лаймом кормил своих матросов знаменитый капитан Кук, за что англичан на морях довольно долго дразнили «лаймли», т.е. «лимонники».

Согласно теории центров происхождения растений Н.И. Вавилова родина цитрусовых находилась в треугольнике, образованном Восточной Индией, Северной Бирмой и Юго-Западным Китаем.

Когда сегодня антиглобалисты и «зеленые» выступают против клонирования и трансгенных продуктов питания, они это делают от ботанического невежества! Размножение цитрусовых – прекрасный пример естественного клонирования. Дело в том, что новые растения возникают в результате так называемой нуцеллярной эмбрионии, т.е. бесполого образования клонов, при котором зародыши, возникающие в результате полового процесса, просто подавляются в своем развитии.

Таким образом цитрусовые представляют собой результат случайной гибридизации и не менее случайных мутаций. Вот почему у них так слабо выражено биоразнообразие, несмотря на широчайшее географическое распространение еще с античных времен.

«Грандис» дал не только помело, но «вложил» свои гены в сладкий апельсин, грейпфрут, лимон и лайм. Лимон является сложным гибридом апельсина и цитрона, т.е. это ген-модифицированное растение.

И вся эта запутанная родословная стала ясной благодаря анализу ДНК.

А вот самые последние научные данные. В одном из номеров журнала PNAS («Труды Академии наук США») три десятка статей посвящены экологическим исследованиям ген-модифицированных культур. Общий вывод ученых: страхи, испытываемые широкой публикой, преувеличены и ничем не обоснованы. Лучше помнить, что нынешнее относительное продовольственное благополучие достигнуто сознательным отравлением продукции полей и ферм инсектицидами, гербицидами и антибиотиками, представляющими гораздо большую опасность. Избавиться от всего этого ученые предлагают с помощью изменений геномов растений и животных. Эту позицию поддерживает и Европейский Союз, который тратит огромные средства на финансирование подобных проектов, считая, что продукты, полученные биотехнологическими методами, безопаснее обычной сельскохозяйственной продукции.

По материалам

New Scientist. № 2304, р. 12.

Economist. 22 sept., p. 93/

The Moscow Times, 11 oct., p. 11.

 

Рейтинг@Mail.ru