Приблизно три роки тому в американської дослідниці рослин Джоанн Чорі виникла ідея. Протягом кількох десятиліть знана в науковому світі біологиня спостерігала, як реагують рослини на подразники: світло й тінь. Вона досконало вивчила, який ген у яку пору доби активізується, які гормони й сигнали спрацьовують усередині рослини, примушуючи її рости. Усе своє наукове життя дослідниця присвятила тому, щоб зрозуміти рослини аж до найдрібніших молекулярних деталей. Результати праці Чорі та її колег стали підґрунтям для практичного застосування, привели до розробки нових методів, із якими селекціонери нині можуть набагато цілеспрямованіше й швидше виводити культурні рослини з кращими властивостями.
Однак Джоанн Чорі цього було замало. На її думку, всі ці нові знання, нові техніки мають слугувати для чогось більшого. І врешті-решт гранд-дамі ботаніки спало на гадку використати рослини для вирішення однієї з найбільших проблем людства. За допомогою оптимізованих рослин Чорі пропонує вилучати з атмосфери надлишковий вуглекислий газ і в такий спосіб чинити опір змінам клімату. Для цього вона хоче модифікувати найважливіші культурні рослини: рис, кукурудзу, пшеницю, сою, бавовну. Вони й далі залишатимуться сировиною для харчової та легкої промисловості, але водночас накопичуватимуть у своїх коренях вуглекислоту, причому протягом тривалого часу.
Читайте також: Надлегке редагування генів – технологія CRISPR
План може видаватися надто амбіційним, проте з наукового погляду ідея Чорі дуже приваблива. Адже, як дослідниця, вона дивиться на світ із перспективи рослин, для яких ця молекула не є шкідливим для клімату газом, як вважають люди. Для рослин CO2 — це радше центр обертання та центральний момент земної біохімії. Вони вдихають вуглекислий газ, перетворюючи його за допомогою сонячної енергії на життєво необхідні вуглеводи та кисень. І за мільйони років так удосконалили процес фотосинтезу, що стали майстрами фіксації CO2. Тепер отримані за минулі 30 років знання про процеси обміну речовин у рослинах Джоанн хоче використати для ще більшого вдосконалення цих «зелених майстрів». Умови праці в неї дуже зручні, адже свою дослідницьку діяльність вона провадить в Інституті біологічних досліджень імені Солка в Каліфорнії, закладі, відомому не лише своєю футуристичною архітектурою з видом на Тихий океан, а й ученими-біологами світової слави. Наразі до проекту Чорі там долучилися чотири робочі групи, усі вони прагнуть створити так звані ідеальні рослини.
Зухвалий план стає зрозумілішим, якщо усвідомити, що переважна частина вивільненого вуглекислого газу у світі має природне походження. Невидимий газ утворюється від гниття рослин або дихання тварин, тоді його знову поглинають і переробляють рослини. Вони навіть вбирають половину вуглекислого газу, вивільнення якого використанням викопних видів палива спричиняють люди. Загалом із року в рік рослини в такий спосіб зв’язують 746 млрд т CO2. Залишок, а це таки ще 18 млрд т щороку, збирається в атмосфері й нагріває Землю.
«Ідеальні рослини» з Інституту Солка могли б це змінити. Тоді сільськогосподарські культури мали б формувати більші й глибші корені. До того ж ці корені повинні містити значно більше особливої речовини, із якої складається корок, — суберину. У невеликих кількостях він уже тепер наявний в усіх коренях. У природі суберин використовується для формування міцних і водонепроникних шарів. Речовина складається з величезних молекул із щільно напакованими атомами вуглецю, які дуже повільно розкладаються в ґрунті. Якщо рослини з великою кількістю суберину в коренях вирощувати масово, то після збору врожаю цей вуглець залишатиметься в ґрунті, вивільняючись дуже повільно.
«Це рішення не навічно, але так ми зможемо «купити» собі кілька десятиліть», — каже Вольфґанґ Буш, один із тих, хто долучився до проекту дослідників. 41-річний біолог саме збирався розпочати свою діяльність на посаді професора в Інституті Солка, коли плани Чорі набули реальних обрисів. Такий проект, та ще й утілюваний на олімпі біологічних наук! Звісно ж, Буш одразу приєднався. Батько двох дітей, він стверджує, що радий змозі брати активну участь у вирішенні проблеми кліматичної кризи.
Буш — експерт із росту кореневих систем. Нещодавно йому вдалося генетичними змінами модифікувати гормональну систему рослин так, що тепер їхні корені глибше вростають у землю. Для «ідеальних рослин» це важливо, бо в глибших шарах ґрунту корені гниють повільніше, ніж у поверхневих. Вуглекислота довше залишається зв’язаною в землі. Щоправда, його досліди наразі обмежуються видом арабідопсис (різушкою Таля), улюбленою рослиною генетиків. Натомість «ідеальними рослинами» мають стати культурні, які Буш разом зі своїми колегами примусить відрощувати довші корені. Цей учений, як і кожен із учасників, вносить у проект знання зі своєї спеціальної галузі. Є тут і експерти із суберину, і експерти з росту рослин, і фахівці з аналізу рослинних генів та епігенетичних процесів.
Читайте також: Генеалогія в криміналістиці, голосові асистенти та доступна сонячна енергія
Ідея вилучити з атмосфери парниковий газ за допомогою рослин не нова: схожого ефекту очікують від проектів висаджування лісів. На відміну від них ініціатива Інституту Солка не потребує жодних нових орних угідь: «ідеальні рослини» мають рости виключно на вже наявних аграрних площах, не конкуруючи з виробництвом харчових продуктів. Зроблені науковцями інституту приблизні розрахунки очікуваної користі вражають. Сьогодні шість анонсованих польових рослин покривають приблизно 800 млн га земної поверхні. Якщо хоча б на чверті цієї території вирощувати оптимізовані рослини, то, за розрахунками працівників інституту, щороку можна буде зв’язувати понад 10% надлишкового CO2.
Чи можуть рослини утворювати додаткову кореневу масу так, щоб це не впливало на урожайність? З огляду на виклик часу, коли потрібно годувати дедалі більшу кількість населення Землі, таке питання є вирішальним. Дослідник коренів Вольфґанґ Буш дивиться на це з оптимізмом. По-перше, у селекції рослин на такий критерій, як ріст коренів, досі ще не зважали. А в епоху зміни клімату, коли на щоразу більших територіях панує посуха, глибокі корені навіть можуть стати значною перевагою. До того ж завдяки новим рослинам покращуватимуться ґрунти. «Якщо в ґрунті буде більше вуглекислоти, він зможе утримувати більше води, краще засвоюватимуться поживні речовини — це важливо на випадок посух і повеней». Проте навіть якщо колись «ідеальні рослини» й дозріють до висівання на полях, то не обійдеться й без перепон. Адже такі рослини оптимізують не традиційними селекційними методами, а за допомогою генної техніки. «Ми під великим часовим тиском, тому використовуємо всі наявні методи, серед іншого й генну техніку», — каже Буш. У Європі ж із її суворим законодавством щодо генетичних технологій важко уявити вирощування таких культур на великих площах. Однак працівники інституту впевнені: часу обмаль. Буш навіть припускає, що надання CO2-сертифікатів фінансово заохотить селян вирощувати «ідеальні рослини».
Читайте також: Відновлювана енергетика. Точка зростання
Уже наступного року перші результати досліджень — «ідеальні рослини» — повинні рости на полях, а саме в найреалістичніших умовах, на площах Центрального Заходу США. За п’ять років мають бути створені перші прототипи всіх шести запланованих культурних рослин. Німецькі вчені до «кореневого» проекту науковців Інституту Солка ставляться радше скептично. «Це наче план висадки на Місяці», — коментує ідею Кріс-Каролін Шен, професорка рослинництва з Мюнхенського технічного університету. Запланований графік вона вважає вкрай оптимістичним. «Але Джоанн Чорі — видатна вчена, і в принципі це правильний підхід — випробовувати речі, яких досі ніхто не робив. Якщо наука обертатиметься лише в межах відомого, то успіхи теж будуть обмеженими».
Джоанн Чорі має подвійну причину поспішати. Учена не лише хоче побороти кліматичну кризу, 64-річна жінка вже 15 років бореться з хворобою Паркінсона. Останнім часом це дещо обмежує її в рухах і можливості подорожувати. Однак, за словами Вольфґанґа Буша, розумових здібностей цієї «неймовірно енергійної, сердечної та страшенно розумної особистості» хвороба наразі не торкнулася.