Темная сторона изобилия. Как мы изменили климат и что с этим делать дальше

Самые ценные части растений — гипертрофированные ткани: плод, семя, стебель или корень, насыщенные сахарами, маслами и белками. У культурных растений гораздо меньше этих тканей, чем у дикорастущих. Доводилось ли вам когда-нибудь собирать дикую чернику, выкапывать дикий картофель или пробовать дикий виноград? Все они заметно меньше и часто не такие вкусные, как их аналоги из магазина. Это верно и для предков пшеницы, риса, кукурузы и других зерновых, к которым мы привыкли. Окультуривание диких растений ради их питательных семян — это тысячелетия искусственного отбора, начатого нашими пращурами.

В начале XIX века уже известные практики селекции растений начали активно развиваться — благодаря тому, что агрономы научились применять законы перекрестного скрещивания, открытые еще монахом Грегором Менделем. Он вывел их, пока разводил горох в монастырском саду. В экспериментах участвовали сорта с желтыми и зелеными горошинами, которые могли быть выпуклыми или с перетяжками. В 1920–1930-х годах ученые специально скрещивали отдельные растения на исследовательских полях и в теплицах, скрупулезно фиксируя достоинства и стойкость «отпрысков» относительно «родителей». Гибриды создавались за счет перекрестного скрещивания растений первого поколения и получали необычные характеристики, становившиеся все более выраженными. Для того чтобы увеличить разнообразие, ученые запускали новые мутации. Больше чем за полвека они модифицировали все основные зерновые культуры на планете Земля и большую часть фруктов и овощей, руководствуясь только общими знаниями о генетике растений. Результат превзошел все ожидания: между 1900 и 1990 годами урожайность зерновых утроилась. Будущее сулило еще больше прорывов.

ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота — вещество, присутствующее во всех живых клетках. Его молекула имеет форму перекрученной цепи, состоящей из индивидуальных звеньев. Этих звеньев в природе не так много, но каждое живое существо, будь то гриб, человек или пальма, — результат неповторимого сочетания всего пары дюжин из них. Ключ к уникальности — длина каждой цепочки. ДНК плесени состоит из нескольких миллионов звеньев, человека — из миллиардов, растения — из триллионов.

Азбука Морзе состоит из сигналов, которые мы воспринимаем как короткий и длинный гудок. Если записать их, цепочка «точек» и «тире» позволяет передать любую информацию: от сигнала SOS до пяти актов «Гамлета». Код ДНК устроен похоже, но состоит не из слов, а из белков. Это одна большая кулинарная книга, да простят мне такое сравнение. Отдельные «рецепты» из нее — гены, подцепочки из звеньев, описывающих процесс создания нужного белка. Каждый ген — рецепт белка, каждый белок отвечает за выполнение различных задач, иногда очень важных.

В процессе полового размножения цепочки ДНК обоих партнеров сливаются, чтобы сформировать ДНК плода. Так рождается новое существо, обладающее набором генов, отличным от каждого из родителей. Оно заимствует одни белковые цепочки, теряя другие. Агрономы начала XX века скрещивали растения, обладающие нужными качествами, надеясь увеличить проявления последних, и это прекрасно работало, пускай ученые и не могли выделить те участки ДНК, которые подвергались изменениям.

Одним из величайших прорывов ХХ века было открытие метода, позволяющего генетикам разметить всю цепочку ДНК, звено за звеном. Это новое направление науки назвали «молекулярной генетикой»; именно она позволяет точно определять отдельные гены с длинными цепочками ДНК. В 1980-х был усовершенствован новый метод изменения ДНК, не требовавший долго скрещивать «родителей» и ожидать, пока вырастет потомство. Новые рекомбинантные технологии позволили генетикам редактировать последовательность звеньев цепочки ДНК напрямую — стирать, копировать и вставлять фрагменты внутри живого растения. Ученые даже научились брать гены у других организмов и вставлять их в цепочки растений, добавляя молодым росткам белки, которых они иначе никогда бы не получили.

Группа культур, созданных рекомбинантными методами, называется «трансгенные организмы». В обществе они гораздо лучше известны как «генетически модифицированные организмы» (ГМО). Такие зерновые не теряют питательности в сравнении со своими предками, но содержат также «рецепты» белков, делающих их менее требовательными к воде и более устойчивыми к вредителям. Эти растения — улучшенные версии «родителей», которые, в свою очередь, были улучшенными версиями своих «родителей». Отличие только в том, что новое поколение было создано непосредственно на основе собственной ДНК.