Изменение климата запускает космическую гонку семян-мутантов

Семена сорго и кресс-салата, запущенные на орбиту Международным агентством по атомной энергии, прикреплены к капсуле в тонкостенной металлической коробке. Это подвергает их более интенсивному солнечному излучению в попытке вызвать генетические мутации, чтобы они могли выжить при более высоких температурах, более сухих почвах, распространении чумы и повышении уровня моря.

«Большая часть астроботаники до сих пор заключалась в проверке, как можно выращивать растения, чтобы кормить астронавтов в будущих космических колониях», — рассказывает Шоба Сивасанкар, глава отдела генетики и селекции растений МАГАТЭ. «Этот эксперимент отличается тем, что призван помочь людям на Земле адаптироваться к изменению климата».

Фермеры от Аргентины до Калифорнии, Франции и Индии изо всех сил пытаются сохранить урожайность в условиях глобального потепления, а рост цен на основные культуры, используемые для выпечки хлеба, сказывается на политической стабильности. Засуха, охватившая Северную Африку, снижает урожай пшеницы, что потенциально повышает спрос в одном из ведущих регионов мира по импорту.

Согласно последним оценкам Организации Объединенных Наций, потепление и погодные катаклизмы снизили продуктивность производства продуктов питания во всем мире почти на 13% с 1961 года. НАСА ожидает фундаментальных изменений в способах выращивания продуктов питания в течение следующего десятилетия.

В Китае, где проживает почти пятая часть населения мира, всего 7% его пахотных земель. На протяжении десятилетий страна с второй по величине экономикой отправляла семена в космос на борту ракет и высотных воздушных шаров.

Ученые заявили, что космические семена дают более высокие урожаи пшеницы, ячменя, кукурузы, огурцов и помидоров. В стране все еще проводятся испытания образцов из миссии 2006 года, в которой участвовало более 130 видов, а в прошлом году совместная миссия с Пакистаном вернула семена лекарственных растений в Университет Карачи.

«Мы надеемся, что они смогут расти лучше с более сильным сопротивлением, выживаемостью и эффективностью», — сказал Ван Янь, университетский исследователь. «Всего можно добиться с помощью генетической мутации в космосе».

МАГАТЭ впервые использует космическое излучение для мутации семян. Тем не менее, уже более полувека компания вводит контролируемые дозы облучения с использованием источника кобальта-60 в лаборатории в Зайберсдорфе.

Семена сорго и арабидопсиса (двоюродного брата кресс-салата, широко используемого в генетических экспериментах) были запущены на орбиту на высоте 400 километров с помощью ракеты Northrop Grumman Corp. в ноябре. Ожидается, что они приземлятся в лабораториях МАГАТЭ в апреле, после чего они пройдут через испытания, которые могут занять годы.

В отличие от более новых методов генетической инженерии ДНК с помощью таких инструментов, как CRISPR, индуцирование мутаций с помощью радиации считается естественным. Поэтому на семена не распространяются те же рыночные ограничения, что и на генетически модифицированные организмы.

Рис является культурой, наиболее часто подвергающейся радиационному воздействию: выращивается 870 новых сортов. Все более засушливые условия привели к сокращению производства основных продуктов питания для половины населения мира. Подправленные сорта во Вьетнаме и Индонезии повысили урожайность более чем на 40%.

Рис. 1. Растения мизуны, японской капусты, растущие из семени (A) в рассаду (B, на МКС) в наземной климатической камере (C) или в отделении Veggie на МКС (D).

Сивасанкар проводит исследования во влажной теплице, заполненной бананами и кофейными растениями, примерно в часе езды к югу от Вены. Страны каждый год присылают ей десятки семян для бомбардировки гамма-лучами, а затем для выращивания в засушливых условиях.

На создание нового сорта путем контролируемой мутации может уйти около десяти лет, и бизнес процветает.

«Изменение климата влияет на производство продуктов питания», — сказала она. «Помощь растениям в адаптации к этим изменениям с помощью генетического разнообразия является наиболее устойчивым решением».

Лаборатории МАГАТЭ — один из последних рубежей дипломатии, порождающий сотрудничество между Китаем, Россией и США на фоне возрождения борьбы сверхдержав. В последние годы страны инвестировали почти 100 миллионов долларов в модернизацию объекта времен холодной войны, что помогает пяти официальным ядерным державам выполнять обязательства по договору о нераспространении ядерного оружия.

Богатые страны также извлекают выгоду из исследований. Программа по борьбе со стерильными насекомыми помогла североамериканским фермерам сэкономить десятки миллиардов долларов за счет уничтожения штаммов мух, поражающих фрукты и домашний скот. Программа в Италии уничтожила около 80% популяций комаров-переносчиков болезней в целевых регионах.

На территории агентства находятся восемь лабораторий по применению ядерных технологий, окруженных бритвенной проволокой и пастбищами. В одном здании без окон находится установка для обнаружения следов урана в образцах окружающей среды из таких стран, как Иран. Другое использовалось для разработки тестов на COVID-19, вирусов Эбола и Зика, а также африканскую чуму свиней.

Для многих людей МАГАТЭ является синонимом ядерной сторожевой собаки ООН, защищающей от незаконного оборота материалов, которые могут быть использованы для создания атомного оружия. Но, по словам южноафриканского энтомолога Шантель де Бир, все чаще возникает другая угроза человечеству — изменение климата — которая стимулирует новые инвестиции.

«Наши старые лаборатории были слишком малы для такого роста, который мы переживаем», — сказала она. «Мы обязаны с уважением относиться к экологическим проблемам».