Изменение температуры на поверхности Земли, которое ожидают в ближайшие десятилетия, несомненно, окажет негативное влияние на сельское хозяйство и, как следствие, на продовольственную безопасность. Согласно прогнозу, сделанному в докладе Всемирного банка за 2010 год «Развитие и изменение климата», если не удастся улучшить сорта сельскохозяйственных культур и методы сельскохозяйственной деятельности, к 2050 году в аграрном секторе большинства стран в связи с глобальным потеплением снизится урожайность. Особенно сильно пострадают страны Африки, Южной Америки и Южной Азии. Негативное влияние на экономику США тоже окажется весьма существенным. (Что касается Канады и России, то в них урожайность может вырасти, если арктические почвы окажутся достаточно плодородными для крупномасштабного сельского хозяйства).

Если уменьшить выбросы углекислого газа, глобальное потепление можно остановить, но предпринимаемые в этом направлении усилия наткнулись на ряд экономических, технологических и политических препятствий. Вот почему в дополнение изобретаются способы удаления углекислого газа из атмосферы. Специалисты по энергетическим проблемам разрабатывают комплекс технологий под названием «улавливание, использование и хранение углекислого газа» (carbon capture, utilization, and storage), или CCUS, нацеленный на улавливание углекислого газа из ещё не попавших в атмосферу промышленных выбросов, чтобы затем утилизировать его или спрятать глубоко под землёй. Чтобы стимулировать внедрение CCUS технологий, нужны налоговые льготы. Однако разрабатывать и внедрять такие технологии дорого. Кроме того, по мнению защитников окружающей среды, они способны продлить нашу зависимость от ископаемого топлива.

Интересно, что кое-что, напоминающее CCUS технологии, применяют растения, захватывая, пусть и ненадолго, углекислый газ, попавший в атмосферу. Благодаря фотосинтезу, при котором происходит фиксация СО₂, растения ежегодно забирают из атмосферы более 860 гигатонн углекислого газа, сохраняя его в листьях, побегах и корнях. К сожалению, бóльшая часть этого газа вновь возвращается в атмосферу, когда растения — однолетние культуры, такие как рис, пшеница и кукуруза, — собраны или разлагаются, подвергаясь воздействию бактерий, грибов или животных.

В трёхминутном видеоролике NASA A Year in the Life of Earth’s СО₂ («Год из жизни земного СО₂») представлен результат компьютерного моделирования тех эффектов фотосинтеза, в которых участвуют молекулы углекислого газа и которые наблюдаются весной и летом в северном полушарии. Какой, возможно, должна быть стратегия борьбы с изменением климата, демонстрируют многолетники — растения, живущие более двух лет: они захватывают углекислый газ и долгое время удерживают его в своих корнях. (В частности, это делают деревья. Вот почему вырубка лесов чрезвычайно вредна для окружающей нас среды).

У одной исследовательницы родилась многообещающая идея о том, как разом решить две очень важные проблемы: во-первых, обеспечить удаление из атмосферы углекислого газа, а во-вторых — устранить дефицит пищи для людей и животных. Для того и другого нужно развести «суперрастение». Однако может оказаться так, что этот проект, хоть и требует срочной реализации, по политическим причинам будет продвигаться вперёд черепашьими темпами. Опасаясь протестов со стороны противников генетически модифицированных организмов (ГМО), исследовательница вынуждена отказаться от использования CRISPR — нового, быстродействующего инструмента для редактирования генов — и модифицировать растения старомодным способом: путём селекционного разведения.

Джоан Чори (Joanne Chory), ботаник и генетик, директор Лаборатории молекулярной и клеточной ботаники Института биологических исследований Солка (Salk Institute for Biological Sciences), лауреат Премии за прорыв в области медицины, стала инициатором исследования под названием Harnessing Plants for the Future («Использование растений для будущего»). Его цель — вывести суперрастение, которое будет обеспечивать пищей и, кроме того, длительно удерживать в своих корнях углекислый газ.

Все растения производят суберин — жироподобное, водоотталкивающее, богатое углеродом соединение, известное как пробка. Оно защищает корни и препятствует процессу гниения. Прибрежные травы, чтобы защитить свои корни от воды, производят суберин в больших количествах. В природе это одно из самых стабильных веществ: оно сохраняется в почве в течение сотен, а может, и тысяч лет. Одна из целей Чори — вывести многолетнюю культуру, производящую суберина больше, чем существующие ныне сорта.

Чори пришла к выводу, что бобовые (к ним, в частности, относятся фасоль, нут, чечевица и арахис), будучи многолетними и адаптированными к сухому климату, идеально подходят для выведения на их основе суперрастений. Популярное ближневосточное блюдо хумус, заполонившее западные продуктовые магазины, изготавливают из нутового пюре, оливкового масла, чеснока и лимонного сока; оно содержит много клетчатки и является богатым источником белка, полезных жиров, фолиевой кислоты и железа.

Суперрастению мало быть съедобным и питательным. Помимо этого оно должно стойко переносить наводнения и засухи, а также выживать в местах с разным климатом: от засушливых регионов северной Африки до умеренных регионов северной Европы. И, наконец, Чори намерена вывести растения со сверхглубокими корнями — такими, где много суберина для долговременного хранения углекислого газа. По её оценке, если бы 5 процентов мировых пахотных земель (примерно общая площадь Египта) были засеяны суперрастениями, они могли бы захватывать почти половину глобальных выбросов углекислого газа.

Разумеется, реализация блестящего плана Чори не обойдётся без проблем, и далеко не последнее место займут здесь трудности, связанные с необходимостью убедить аграриев разных стран отдать свою землю под посевы суперрастения. Однако одну из проблем можно решить путём просвещения.

Чори планировала вывести своё суперрастение с помощью кроссбридинга — метода, который давно используется для закрепления желаемых свойств у сельскохозяйственных растений и животных. Например, древние земледельцы путём селекции превратили дикую мексиканскую траву, известную как теосинте, в кукурузу, отбирая растения с большими и вкусными зёрнами. Но такая селекция может потребовать нескольких сотен лет и больше.

По подсчётам Чори, если выводить суперрастение этим путём, то, даже с использованием передовых методов, понадобится около десяти лет. Между тем, методики CRISPR обладают огромным потенциалом для выведения новых культур с улучшенными свойствами. Что касается проекта Чори, то здесь можно действовать так: взять прибрежные травы, идентифицировать их гены, отвечающие за производство в корнях больших количеств суберина, а затем, используя CRISPR, перенести эти гены в геном выводимого суперрастения.

Почему же Чори не использует методики CRISPR? Чтобы избежать конфронтации с противниками ГМО, — объяснила она, когда, прочитав лекцию на симпозиуме с участием лауреатов Премии за прорыв, отвечала на вопросы. Противники ГМО остановили внедрение Golden Rice — генетически модифицированного риса, который мог бы избавить миллионы людей от слепоты и смерти из-за дефицита витамина A и воспрепятствовали выведению культур, устойчивых к болезням.

Генетически модифицированные культуры способны принести человечеству огромную пользу. Противодействие им, по-видимому, вызвала устойчивая к гербициду глифосату ГМ-соя Roundup Ready, выведенная компанией Monsanto в 1996 году. Данная культура поощряет использовать глифосат, который, возможно, является канцерогеном. К сожалению, из-за этой проблемной ГМ-сои часть общественности встречает в штыки любые подобные разработки, даже очень полезные.

Такие инструменты для редактирования генов, как методики CRISPR, позволяют проводить кроссбридинг намного быстрее, чем раньше, передавая способность усиленно производить суберин или какие-то ещё специфические свойства одного растения другому. Да, полученный организм будет генетически модифицированным, но таковыми являются практически все организмы, которые мы потребляем.

Ставки как никогда высоки, и у нас нет времени на раскачку. Тают ледники. Растёт уровень океана. Погибают коралловые рифы. И сельское хозяйство, наша продовольственная безопасность, в опасности. Нам нужно принимать решения как можно быстрее. Очень важно, чтобы общественность вновь стала доверять науке, но добиться этого в эпоху фейковых новостей и теорий заговора нелегко.

Работать с природой так, чтобы устранить тот ущерб, который мы ей нанесли, — это разумная стратегия, а инициатива Чори по созданию бобовых суперрастений, способных фиксировать углекислый газ, даёт убедительный план действий. Однако ждать реализации этого проекта посредством кроссбридинга — всё равно что пытаться выиграть гонки высокоскоростных автомобилей на лошади или багги. При решении глобальных проблем следует отдать приоритет разработке и внедрению суперрастений.