Новости

Биотехнология растений – путь к спасению человечества

«Чрезвычайная ситуация, связанная с изменением климата, — это гонка, в которой мы проигрываем, но из которой мы еще можем выйти победителями» - отметил в своей речи Генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш на саммите по мерам в области изменения климата, проходившей в сентябре 2019 года.

Воздействие деятельности человека на окружающую среду вызывает беспрецедентные исчезновения животных и растений, и ставит под угрозу существование человека на Земле. Помимо загрязнения окружающей среды токсическими отходами особое беспокойство вызывает выброс двуокиси углерода (СО2) и других парниковых газов, которые ведут к постепенному повышению температуры окружающей среды. Данные показали, что в 2015 году температура окружающей среды была на 1°C выше фиксированной в XIX веке. Ученые-климатологи предупреждают, что необратимые последствия для экологии наступят уже при потеплении более чем на 2°С. Уже сейчас наблюдается последствия повышения в атмосфере парниковых газов: таяние льдов в Арктике, увеличение засушливых регионов на Земле, экстремальные погодные явления, бушевание лесных пожаров. Кроме того, появляется угроза продовольственной безопасности и безопасности водных ресурсов, а также экономических потрясений.

Прежде чем продолжить тему нужно разобраться что из себя представляют парниковые газы, откуда появился это термин? Основными парниковыми газами Земли являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон. Солнечная радиация в основном проходит беспрепятственно через атмосферу и нагревает поверхность Земли. В свою очередь, энергия повторно излучается в виде инфракрасного излучения, большая часть которого поглощается двуокисью углерода и водяным паром в атмосфере, которая, таким образом, действует как одеяло, окружающее Землю. Без этого естественного парникового эффекта средняя температура поверхности резко упала бы до -21°C. Так как мы сжигаем ископаемое топливо концентрация CO2 в атмосфере постепенно увеличивается, что усиливает естественный парниковый эффект и согревает планету.

Сложные модели, созданные на суперкомпьютерах, указывают на необходимость срочно принятия мер. «Научные данные недвусмысленны. Без скорейшего сокращения уровней CO2 и прочих парниковых газов процесс изменения климата будет вызывать все более разрушительные и необратимые последствия для жизни на Земле. Благоприятных возможностей для действий почти не осталось», — заявил Генеральный секретарь Всемирной метеорологической организации (ВМО) Петтери Таалас.

В то время как политики спорят, ученые в настоящее время разрабатывают различные подходы по снижению количества СО2 в атмосфере Земли. В январском номере журнала «The Economist» была опубликована небольшая статья, где рассказывается о борьбе с глобальными проблемами человечества. В частности, директор лаборатории молекулярной и клеточной биологии института биологических исследований Солка (Salk Institute for Biological Studies, США) профессор Joanne Chory рассказывает, что в процессе фотосинтеза растения поглощають больше углерода, чем необходимо удалить из атмосферы и что они выпускают большую часть этого углерода обратно в атмосферу в конце каждого вегетационного периода. Ученые в области биотехнологии растений могли бы помочь вылавливать больше углерода из СО2 и хранить его под землей дольше чем обычно. Исследовательской группой профессора Joanne Chory был сделан вывод, что можно увеличить чистое накопление углерода в растениях, идентифицируя и контролируя гены только для трех признаков - массы корней, глубины корней и содержания углерода корней - так, чтобы новые растения хранили больше углерода в суберине (природный полимер, вещество покровной ткани в коре некоторых растений высокоустойчивый к разложению).

Профессор Joanne Chory предлагает сосредоточить внимание на хлопчатнике, кукурузе, соевых бобах, рисе, пшенице и каноле, что может позволит добиться улавливания углерода, не нарушая производство продовольствия, в то же время улучшая почву, обедненную углеродом. В настоящее время профессор Joanne Chory возглавляет в институте биологических исследований Солка большую группу ученых, которые проводят исследования, направленные на создание таких сельхозкультур. Исследователи института Солка будут использовать современные геномные и генно-инженерные технологии для создания под торговой маркой «Salk Ideal Plants» (Идеальные растения Солка) новых сельхозкультур с хорошо развитыми корневыми системами, улавливающих больше углерода и хранящих больше углерода в виде суберина под землей.  Для привлечения внимания ученых к этой теме институтом биологических исследований Солка и Ботаническим садом Сан-Диего в марте 2020 года запланирован Симпозиум по снижению выбросов углерода.

Учитывая актуальность темы для человечества, количество таких исследований с каждым годом будут увеличиваться по всему миру и здесь нужно подчеркнуть, что в настоящее время ученые Узбекистана находятся на передовой линии. Относительно недавно учеными Центра геномики и биоинформатики Академии наук Республик Узбекистан была разработана уникальная инновационная технология ген-нокаута, которая позволила одновременно улучшить несколько важных для сельского хозяйства признаков хлопчатника: повышение урожайности, увеличение длины и прочности, ускорение созревания, волокна, увеличение массы и длины корней в насколько раз. На основе технологии были созданы новые ген-нокаутные сорта хлопчатника серии «Порлок», которые из-за сильно развитой и удлиненной корневой системы более устойчивы к водному дефициту и соли чем другие сорта хлопчатника. Кроме того, последние исследования показали, что сорта «Порлок», отличаются от обычных сортов хлопчатника увеличенной скоростью фотосинтеза в несколько раз. Это указывает на способность этих сортов хлопчатника улавливать в несколько раз больше углерода из атмосферы чем другие растения и сорта хлопчатника. Одним из особенностей данных сортов является увеличенная длина и масса корней, а также их интенсивное разветвление, что не только делает их более устойчивым к водному дефициту и соли, но и позволяет хранить в почве намного больше углерода, что также положительно влияет на состояние почвы. Это также позволяет более эффективно усваивать питательные вещества, имеющиеся в почве. В настоящее время в учеными Центра изучаются новые гены, которые могут влиять исключительно на развитие корневой системы растений, не имея отрицательного влияния на пищевые качества.  Кроме того, ведутся исследования, направленные на поиск и изучение генов играющих роль в развитии суберинов растений, что позволит в дальнейшем создавать растения способные хранить в несколько раз больше углерода в почве. В Центре также ведутся работы по использованию данной технологии для получения новых сортов пшеницы, картофеля и сахарной свеклы. Детали данной технологии были опубликованы в 2014 году в престижном международном журнале Nature Communications и она вызвала сенсацию в международном научном сообществе. Как видно, в Узбекистане имеется большой научный потенциал, который может быть направлен не только на улучшение сельхозпроизводства и обеспечения продовольственной безопасности, но и улучшение глобального климата. Наша планета является единым домом для всех людей на Земле, для всех стран и ученые Узбекистана должны вносить свой вклад для улучшения климата и сохранения экологии следующим поколениям. 

Как отмечает профессор Joanne Chory, этим исследованиям на ранних этапах нужна донорская помощь и для реализации необходимых стимулов и практического внедрения таких инициатив должны быть вовлечены политики, экономисты, правительства и государственно-частные партнерства. В настоящее время правительство Узбекистана уделяет огромное внимание развитию образования и науки. В науку и образование направляются огромные финансовые средства, открываются новые возможности для внедрения разработок через государственно-частные партнерства. Кроме того, 24 января Президент Республики Узбекистан Шавкат Мирзиёев в своем Послании  к Олий Мажлису предложил объявить 2020 год в нашей стране Годом развития науки, просвещения и цифровой экономики. Это еще раз показывает, что правительство Узбекистана делает ставку на образование и науку и это верный путь к процветающей экономике.

 

Министр инновационного развития,

академик Иброхим Абдурахмонов