Триумф семян. Как семена покорили растительный мир и повлияли на человеческую цивилизацию

Когда мы добрались до кабинета Крис, я попросил ее объяснить, как семена делают это: как безжизненная с виду штуковина может так долго оставаться живой. Подобно абсолютно всем специалистам, с которыми я беседовал до этого, она прежде всего подчеркнула, что на самом деле мы очень мало знаем о семенах. Но потом Крис перешла к тому, что ученым все же известно о предмете моего интереса. «Когда семя высыхает, деятельность ферментов замедляется и молекулы перестают двигаться, — объяснила она, снимая стопки книг и бумаг с двух стульев, чтобы нам было куда присесть. — Метаболическая активность практически прекращается». Потом она достала иллюстрации, диаграммы и даже электронную микрофотографию высохших клеток семени. Без воды они выглядели подобно смятым полиэтиленовым мешкам, как попало набитым бесформенными комками. Если вы когда-нибудь доверяли своему трехлетнему ребенку сложить овощи в пакет, то наверняка видели нечто подобное. «Там изрядная мешанина, — сказала Крис, — и ее очень трудно изучать, потому что ничего толком не видно». Но ее собственная научная работа четко показывает, что реакции, необходимые для функционирования растительной клетки, то есть самые основы метаболизма, связаны с водой. Уберите воду, и все процессы остановятся. Верните ее обратно, и семя оживет.

Я спросил ее, будет ли удачной аналогией пакет сухого супа — это ведь тоже просто смесь всяких сушеных продуктов, но, когда добавляешь в нее воду, получаешь вкусную еду. «Да, в некотором смысле, — ответила Крис, но потом нахмурилась. — Разница в том, что происходит, когда добавляешь воду. Из суповой смеси получается суп: куча ингредиентов, плавающих в воде безо всякого порядка. А в случае семени мы получаем упорядоченные функционирующие клетки. Каким-то образом высохшее семя обладает способностью запоминать и восстанавливать свою структуру. Это крайне необычное явление. Большинство клеток не умеют этого делать». Потом она взглянула на меня, и в ее глазах опять вспыхнула смешинка: «Если бы мы высушили твои клетки, а потом добавили воду, то получили бы суп».

К счастью для меня и для большинства представителей царства животных, жизнь и размножение не требуют от нас переносить высушивание. Но есть несколько живых существ, которые научились этому трюку: некоторые нематоды, коловратки, тихоходки и группа крошечных ракообразных, знакомых не одному поколению читателей комиксов. Хотя на самом деле они не носят короны и не красят губы помадой, как на популярных рекламных картинках, тем не менее рачки артемии, выступающие под торговым названием «Морские обезьянки» (Sea-Monkeys), все же замечательные существа. Подобно семенам, их высохшие яйца могут ждать годами — в дикой природе или в почтовом пакете, — и клетки артемий прекрасно вспоминают, как восстанавливаться, когда оказываются в аквариуме. В настоящее время специалисты считают, что у высохших семян и «Морских обезьянок» много общего: их клетки, пребывая в стеклоподобном состоянии, сохраняют жизненные функции. Исследователи-медики недавно смогли сымитировать эту систему, чтобы создать первые стабильные сухие вакцины для использования в местах, где нет холодильников. «Высыхание, несомненно, нас вдохновляло», — рассказал мне один специалист по кори, пояснив, что начали они с артемий, но лучший свой результат получили, когда поместили живую вакцину в мио-инозитол — сахар, получаемый из риса и орехов.

Биология покоя семян находит применение везде, от фармацевтики до космических исследований. Ученые из NASA изучают семена, чтобы создать новые стратегии хранения и выживания для продолжительных космических полетов. Когда астронавты прикрепили капсулу с семенами базилика снаружи Международной космической станции, маленькие зернышки, пребывавшие в состоянии покоя, прекрасно пережили это и нормально проросли после года в открытом космосе. Однако в семенном банке большинство исследований преследуют более приземленные цели: накормить людей в быстро меняющемся мире. Семенные фонды служат гигантскими библиотеками генетического разнообразия, к которым фермеры и растениеводы-селекционеры могут обратиться, когда требуются сельскохозяйственные культуры с определенными качествами. После того как цунами 2004 г. затопило прибрежные рисовые поля от Индонезии до Шри-Ланки, семенные банки быстро предоставили устойчивые к соли сорта, чтобы заново засеять поля. А когда злаковая тля из России угрожала урожаю зерновых в Америке 1980-х гг., исследователи перебрали в семенных фондах более 30 000 разновидностей и сортов, чтобы найти те, что естественно устойчивы к этому вредителю. В условиях, когда коммерческое земледелие все больше сосредотачивается на нескольких наиболее продуктивных массовых пищевых культурах, семенные банки представляют собой важнейший механизм защиты культурных растений от вспышек болезней, стихийных бедствий и постоянной тенденции к снижению разнообразия пищевых растений по всему миру. Ожидается, что в ближайшем будущем они также сыграют ключевую роль в нашей адаптации к другому мировому тренду.