Тайны открытий XX века - Александр Волков

«Вот так мы, может быть, выиграем битву с вредными насекомыми», — говорит Марсель Дикке. По его мнению, с помощью селекции или генетических манипуляций можно повысить стойкость многих культурных растений — этих неженок, изводимых вредителями. Нам надо научить их тому, что они позабыли и что умеют дикие формы растений, — самостоятельно защищать себя от вредителей. Когда они научатся этому, о пестицидах можно будет забыть.

В одном из самых радостных стихотворений Артюра Рембо есть такие строки: «Первое приключенье: на тропинке, осыпанной холодными, тусклыми искрами, мне поклонился цветок и назвал свое имя» (пер. А. Ревича). Возможно, эта фраза станет провидческим откровением. Если растение пользуется для общения определенными символами — ароматами, значит, это средство общения принципиально можно расшифровать. Если растение защищает себя, зовет на помощь, чтобы сберечь свои листья и стебель, стало быть, оно сознает, что отличается от всего окружающего мира и что какая-то гусеница, ползущая по листу — ЕГО листу — угрожает ему, а не кому-то другому. Оно понимает себя, и, возможно, у него есть свой знак — россыпь неких молекул, — каким оно отмечает себя. Тогда нет ничего удивительного в том, что под шелест листьев, вежливо поклоненных ветром, в воздухе возникает крохотное, неприметное облачко — автограф или слово цветка, тут же тающее в воздухе и пока непонятное нам, даже незаметное нам.

Но имя уже названо… Имя цветка. Если хотите, имя розы.

3.6. БОТАНИКА ТРЕБУЕТ ТОЧНОСТИ

Исследования последних лет показывают, что царство флоры от царства фауны вовсе не отделяет непроходимая пропасть. Во многом растения близки животным, разве что не вольны двигаться.

«Здесь темный дуб и ясень изумрудный, а там лазури тающая нежность…»

«Как серебристый дремлет лист, как тень черна прибрежных ив…»

«Как здесь свежо под липою густою, полдневный зной сюда не проникал, и тысячи висящих надо мною качаются душистых опахал…»

В садах и лесах бродила муза русской поэзии. Из листьев и цветов сплетала день ото дня венки. Памятником ей все еще шелестят добрые старые соловьиные сады. «Цветущих лет цветущее наследство!» (А.А. Фет)

Те же сады и леса столетиями кустились в «Системах природы» и «Философиях ботаники». Те же в них колосились луга и поля.

Долгое время ботаника была прикладной наукой. Занятия ею сводились к описанию и классификации растений, к изучению их полезных свойств. Козалось, потомки Линнея недалеко от него ушли. Деревья, цветы, папоротники…

Их считали и перечисляли, словно коллекцию неживых предметов. Или — другое поле деятельности ботаников — опытная делянка селекционеров, на которой вырастали все новые сорта ржи или пшеницы. Лишь в последние десятилетия положение в ботанической науке начало меняться. Все больше исследователей стали обращать внимание на физиологию растений и даже их поведение. Методы точных наук стали практическим средством изучения внутренней жизни растений. Оказалось, что царство флоры от царства фауны вовсе не отделяет непроходимая пропасть. Во многом растения близки животным, разве что не вольны двигаться. Впрочем, некоторые растения даже наделены достаточно мощным «мышечным аппаратом».

Один из старинных ботанических трактатов

Генетика растений

В лесах и полях еще много тайн, недоступных глазу. Разгадать их можно, лишь изучая растения на клеточном и генетическом уровне, чем все больше занимаются ботаники, предпочитая приятному пейзажу окуляр микроскопа. Вот некоторые вести из лабораторий, где ботаника-натуралиста теперь встретишь чаще, чем на природе.

Фрагмент из старинного ботанического трактата

В 2003 году большой интерес вызвала работа Энрико Коэна из британского John Innes Centre. Он создал компьютерную модель, показывающую развитие различных частей растения. На ее примере видно, как тесно связаны друг с другом клетки растения. Как только одни клетки начинают расти быстрее других, клеточный конгломерат поворачивается. Процесс его роста определяется тремя основными параметрами: скоростью, то есть временем, что проходит между двумя делениями клеток; анизотропией — наличием оси, вдоль которой преимущественно развивается растение; а также углом, под которым располагаются клетки в момент своего деления относительно воображаемой оси координат. От соотношения этих параметров зависит, в какую сторону вытягивается клеточная структура.

Вот, например, асимметричные цветки львиного зева. Раньше считалось, что асимметрия возникает, когда у какой-либо структуры растения есть одна определенная зона роста. В ней и происходит бурное деление клеток. Однако модель Коэна показывает, что делятся все клетки этой структуры. Только некий химический сигнал — его, по-видимому, подают гормоны или медиаторы, — заставляет новые клетки расположиться асимметрично. Растение обретает свою форму.

Кстати, у животных направление роста клеток тоже указывают химические сигналы. Свидетельством тому — опыты с мухой дрозофилой.

Немецкий ботаник Мартин Хюльскамп показал, как «переговариваются» клетки растения в процессе его роста. Его работа была посвящена образованию волосков на листьях Arabidopsis thaliana. Подобный процесс предполагает четкую координацию клеточных циклов. Достигается она за счет разных транскрибирующих факторов, которые руководят считыванием генов. Одни из таких факторов проявляют себя как активаторы, а другие как ингибиторы — они «тормозят» данный процесс. Как только активаторов становится слишком много, тут же растет число ингибиторов и наоборот. Благодаря этим постоянным колебаниям различные части растения формируются согласованно.

Как интересно! Геном человека, протеом человека, «найден ген лености», «найден ген добродушия»… В последние десятилетия ученые только и перетряхивали наше родовое достояние — набор генов — в поисках причин и следствий «человеческого, слишком человеческого». Homo sapiens стал фигурой более прозрачной, чем прежде, но так и не объяснен до конца. Успехи генетиков, особенно поначалу, привлекали пристальное внимание публики. Ботаники, изучающие генетику растений, не избалованы вниманием, но это не умаляет их достижений. Результаты они получают любопытные.

Вот грядка капусты на даче: кочанчики, тянущиеся в ряд. Чем не научная тайна? Род Brassica, капуста, включает 35 видов. Одни из них опыляют себя сами, а другие — перекрестноопыляемые. Почему так? Как оказалось, мешают процессу самоопыления два гена. Первый отвечает за формирование белковых молекул, расположенных на поверхности завязи, а второй — за синтез коротких пептидов в оболочке зерен пыльцы. Имеется много вариантов той и другой молекулы. Реагируют друг с другом они только в том случае, если принадлежат одному и тому же растению. Продукт их реакции препятствует оплодотворению семяпочки. Самоопыления не происходит. Однако в результате мутации одна из этих двух молекул может измениться. Тогда между ними не произойдет никакой реакции. Растение само опылит себя. Итак, процесс самоопыления обусловлен дефектом одного из двух генов.

В опытах Джун Нашралла из Корнеллского университета дефектный ген заменялся обычным. Растение вновь становилось способным к перекрестному опылению. Как известно, этот вид опыления имеет преимущество перед самоопылением; он приводит к новым комбинациям признаков у дочернего организма. Значит, принцип опыления растения можно изменить; нужно лишь подкорректировать один из генов.

Растения, как и мы, люди, могут приобретать иммунитет. Например, если часть растения, пораженная вредителем, отомрет, а само оно выживет, то, встретив других вредителей, будет активнее сопротивляться им. Крис Л амб из John Innes Centre определил, какая именно белковая молекула отвечает за приобретенный иммунитет. По всей видимости, та самая, что отвечает за перенос жиров и жиросодержаших веществ в тканях растений. Лямб полагает, что этот же белок прицепляет к себе сигнальную молекулу и доставляет ее в отдаленные части растения. Ее сигнал вызывает иммунную реакцию.

Немецкая исследовательница Доротея Бартельс отыскала ген, который помогает растениям переносить жажду. Начиналось все с наблюдения за Craterostigma plantagineum из Южной Африки. В дни засухи это растение может потерять до 95 процентов воды и впадает в спячку; его обмен веществ сокращается почти до нуля. Все дело в определенном гене. По его команде синтезируется альдегид-дегидрогеназа. Она нейтрализует ядовитые вещества, возникающие в тканях растения, когда то страдает из-за жажды. Возможно, подобным геном удастся «оснастить» новые сорта сои, кукурузы и пшеницы, чтобы выращивать зерновые и бобовые в засушливых районах планеты.