Внутри футуристических лабораторий растения сканируют, подвергаются стрессу и анализируют. Цель — использовать полученные результаты для производства сортов растений, которые смогут лучше обслуживать растущее население в условиях потепления мира.

Ряды саженцев томатов стоят в комнате, заполненной камерами. Всего несколько недель, и они находятся под постоянным наблюдением, учёные наблюдают за ними на предмет крошечных изменений цвета, температуры и фотосинтеза.

Эти растения растут в камере, спроектированной так, чтобы имитировать жару и влажность индийского климата. Анализируя их реакции на различные стрессоры, исследователи из Университета Вагенингена в Нидерландах стремятся выявить генетические черты, способные сделать культуры устойчивыми к антропогенным изменениям климата. 

«Мы можем регулировать температуру. Мы можем дать им фазу теплового стресса, можно быстро замерзнуть, чтобы смоделировать ночные заморозки, которые могут сильно навредить молодым растениям», — объясняет Рик ван де Зедде, руководитель программы Нидерландского центра эко-фенотипирования растений (NPEC). «Мы можем добавить солёность, добавив соль.»

На самом деле, учёные могут смоделировать практически любое состояние на планете. «Я бы назвал это спортзалом для растений», — добавляет ван де Зедде.

Почему понимание растений так важно

Это исследования, которые становятся всё более важными. Сельское хозяйство традиционно опиралось на предсказуемые сезоны и условия, например, фермеры планировали с учётом установленных погодных условий, сея, весной и собирая урожай осенью. Но по мере того как общества сжигают ископаемое топливо, которое нагревает планету, рост глобальных температур нарушает этот ритм.

 

Фермеры сталкиваются с всё более непредсказуемыми погодными условиями из-за потепления мира© Фети Белайд/AFP/Getty Images 

Рост волн жары, более длительные и интенсивные засухи, а также сильные наводнения, вызванные глобальным потеплением, всё больше подвергают урожаи риску.

После резкого повышения температуры этим летом фермеры в некоторых регионах Германии предупреждают о неудаче урожая. Потеря в производстве зерна уже зафиксирована в таких странах, как Франция, Венгрия и Великобритания. 

С учетом того, что к 2050 году численность населения мира достигнет 10 миллиардов, давление на производство достаточного количества продовольствия растет. Эта гонка усиливается ростом потребления мяса, что подразумевает выращивание большего количества зерна для кормов для животных.

Одновременно растёт спрос на культуры для использования в качестве биотоплива, изготовленного из органических материалов, включая растения или животные отходы.

Поэтому для исследователей вопрос теперь не только в том, как выращивать больше пищи, но и в том, как сделать это в всё более сложных условиях.

Высокотехнологичный путь впереди

Прозванная «Силиконовой долиной» сельского хозяйства, Нидерланды давно являются лидерами в области инноваций в сельском хозяйстве. Несмотря на относительно небольшой размер, страна занимает второе место в мире экспортером сельскохозяйственной продукции по стоимости — после США.

 

Исследователи считают, что скрещивание сортов растений может помочь им расти с более устойчивыми к жаркому климату© Мануэль Веринг/DW 

Внутри теплиц Университета Вагенингена учёные воссоздают такие экологические условия, как засуха, тропическая влажность или морозные ночи, и используют различные технологии для мониторинга растений.

В течение нескольких недель автоматические весы записывают вес видов деревьев каждые три минуты, чтобы определить, сколько воды им нужно. А сложные сканеры отслеживают движение листьев в рамках процесса, известного как фенотипирование — измеряет растения и их особенности. Хотя ботаники отслеживали флору тысячи лет, чтобы выбрать лучшие растения, исторически эти процессы были ручными и поэтому медленными и кропотливыми.

"All the lab measurements were restricting the size of the experiments," van de Zedde tells DW. "If you look around here in NPEC, you see that we are talking about thousands of plants in one experiment."

Вывод экспериментов в полевые условия

Despite the sophistication of the lab, it cannot completely mirror real-world conditions. Factors like hail storms, high winds or differing soil temperatures, remain difficult to recreate.

Near the university, experimental barley fields provide an important reality check. It is there that researchers deploy mobile imaging and use GPS positioning systems to collect data on hundreds of crop varieties in the field.

By comparing greenhouse and field results, they are better able to identify the plant traits that will be help produce food that is going to be resilient to a changing climate.

"It's all about fitness. We simply score: how do these plants respond to the stress? Which ones can cope with it, which ones suffer from it," says van de Zedde.

 

Учёные могут протестировать тысячи растений в тщательно контролируемых теплицах© Мануэль Веринг/DW 

Researchers can use the data to see the DNA profiles linked to tolerance to certain stressors. They can then cross breed varieties — one with a high yield and one that is robust, for example, to produce resilient offspring.

Что дальше в исследовании?

The goal is to fast forward evolution. The Netherlands government and plant-breeding companies funding the research, will decide which variants to continue to breed. 

But Alan Pauls, PhD candidate in the university's Laboratory of Genetics says the process has been met with criticism from some quarters.

"When you talk to the older generation, I definitely do feel like they don't trust it," he says. "The moment you talk about taking food or plants into a lab, immediately who you think about is GMO."

Генетически модифицированные организмы, или ГМО, подвергались искусственным изменениям генов, чтобы приобрести определённую характеристику. Один из способов — вставить ген другого вида, например бактерий, в растение.

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 сосредоточены на выборе существующих признаков с помощью фенотипирования, ускорения естественных процессов, а не создания новых признаков. 

Полс считает, что аргумент о том, что чрезмерное вмешательство делает пищу искусственной, устаревшим.

«Мы думаем, что это искусственно, потому что замешана машина? Мы думаем, что это искусственно, потому что происходит так быстро, или это происходит в лаборатории?» — говорит он. «Я всё ещё могу собирать рис серпом, но прокормит ли он миллиард людей вовремя? Нет.»

Редактор: Тэмсин Уокер Эта статья была адаптирована из видео из серии DW «Планета А».

Авторы: Катарина Шанц, Луиза Осборн