Чудеса селекции: Как учёные создают новое в мире растений и животных?

14.10.202414.10.2024 Яна Чудо техники

А вы знали, что арбузы изначально, в дикой природе, едва достигали 5 см в диаметре и имели горький вкус? Так было до того, как за них взялись селекционеры. Ещё в 17-м веке, судя по картинам, большую часть плода занимала белая несъедобная мякоть. И за то, что мы имеем сегодня, надо сказать спасибо чудесам селекции — которые продолжаются и в наши дни.

Штат Монтана для Америки — символ тишины, захолустья. Место, где вроде бы ничего не происходит. И вот этот 80-летний фермер Артур Шубарт не похож на злодея из научной фантастики. Тем не менее, его история, как минимум, необычна. Шубарт сделал бизнес на выведении для охотников интересной добычи — особо крупных горных баранов — причём для этого незаконно ввозил из разных стран, в частности, Киргизии образцы тканей исчезающих видов, освоил элементы клонирования и занимался скрещиванием — выводя настоящих рогатых монстров. Американские правоохранители признали всё это преступным, угрожающим местной природе (а вдруг бы бараны-гиганты убежали и размножились?) — в итоге селекционера-любителя осудили на полгода тюрьмы (сделав скидку на возраст), и он ещё должен будет выплатить крупный штраф.

Когда вообще эксперименты над животными и растениями полезны, а когда опасны? Вот пример другого рода. Кивано, момордика, бенинказа – эти и другие тропические фрукты и овощи неожиданно прижились на сибирской земле. Местные учёные мечтают когда-нибудь извлекать из этого реальную пользу — ведь всё перечисленное очень полезно. Старший научный сотрудник ЦСБС СО РАН Юрий Фотев рассказывает, что учёные-селекционеры в долговременном плане занимаются интродукцией и селекцией этих культур. С этой целью используется ряд методик. В частности, оценка по холодостойкости по пыльце, ну и по прорастающим семенам при разных температурных режимах.

Учёные, в том числе студенты Новосибирского аграрного университета, постоянно скрещивают разные растения, чтобы получилось что-то подходящее. Например, по словам студента НГАУ Сергея Рыбцова, есть необходимость перенести пыльцу с мужского цветка на женский. После чего нужно изолировать женский цветок. Так как момордика легко опыляется насекомыми, а именно шмелями и пчёлами.

Но результата придётся ждать долго — многие практиканты к этому моменту уже успеют окончить вуз. Сначала должны созреть плоды, потом их оценивают и отбирают подходящие по характеристикам, только из прошедших конкурс выделяют семена и всё по новой. Процесс создания нового сорта может длиться больше 10 лет. И ещё продолжительнее радикальное преображение.

Современную капусту с её крупными кочанами, например, вывели в 17 веке, а вот как она выглядела до этого. Её начали высаживать ещё древние греки и поколениями выбирали кусты с большим числом листьев. Кукуруза тоже изначально, в природе напоминала тонкий стебелёк с небольшими семенами. А в мякоти банана было много косточек и есть его можно было только после варки.

Заместитель директора ФИЦ Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н. И. Вавилова Алексей Заварзин рассказывает, что по сути, селекция – это первая биотехнология, которая человечество инициировало на заре своего развития 10-12 тысяч лет тому назад. И которая является по сути, бесконечным деятельностью для человечества, пока оно существует на этой планете. Алексей Заварзин работает во Всероссийском институте генетических ресурсов растений, который носит имя Николая Вавилова. Этот всемирно известный ботаник собрал богатейшую коллекцию культурных растений. В 1940-м фонд насчитывал до 250 000 видов. Во время войны у гитлеровцев даже был специальный отряд для захвата этого банка семян. Но ничего не вышло, и сейчас здесь уже более 320 000 драгоценных образцов со всего мира. Для селекционеров эта коллекция имеет огромное значение.

На своих экспериментальных полях сотрудники института вывели, например, свёклу с более выраженным бордовым оттенком. Её можно использовать как основу для красителя, причём не только пищевого. В привычных сортах есть светлые вкрапления — и чтобы от них избавиться, пришлось изучить гены жёлтого сородича свёклы. Впрочем, смыслом выведения новых сортов бывает не только практическая польза. Садовод Алеся Данилова, например, любит сажать нестандартные овощи просто потому, что так интереснее.

Каждый сезон её корзинка наполняется морковкой разных оттенков, радужной кукурузой, причудливыми баклажанами и белыми огурцами. Про последние, кстати, в сети пишут, что они якобы особо богаты йодом. По нашей просьбе в лаборатории проанализировали вытяжку из таких плодов и из обычных — и больше йода нашли всё-таки в зелёных. Ради интереса специалисты потом купили ещё 3 простых огурца, и в них микроэлемента оказалось уже меньше. Но дело вряд ли в сорте.

Юрий Гончар поясняет, что для обработки растений йод используется для того, чтобы, например, плесневые какие-то образования и микроорганизмы в почве подавлять. То есть секрет этих огурцов в том, что их просто поливали и корневую подкормку использовали. И, скорее всего, опрыскивали растения веществами, содержащими раствор йода. Видимо, особо йодистые огурцы — это пока не решённая задача для селекционеров будущего. Вообще, занимаются они не только созданием новых сортов или улучшением существующих. Садовод Дмитрий Гусев в своей подмосковной усадьбе восстанавливает забытые виды овощей.

Тут порядка 300 интереснейших сортов, старинных сортов. Иранская морковь — ей больше 300 лет. Все знают морковь нантская. Но когда-то эти 2 сорта они конкурировали. Иранская, нантская победила в итоге нанская, а про эту сорт забыли. Вот Дмитрий и возродил эти семена. Дмитрий гордится и кустами áксельского огурца, который занесён в международный каталог исчезающих продуктов. И сортом утерянной русской репы, нашли которую в Финляндии. Он считает, что в эпоху промышленного производства еды мы потеряли её разнообразие, которое пора вернуть. Вдохновляется богатым каталогом семян начала 20 века.

Зато сейчас по сравнению с теми временами существенно повысилась урожайность многих растений и их устойчивость к болезням. Такие результаты даёт, например, создание гибридов первого поколения — так называемых F1. Эта маркировка означает, что семена получены при соединении двух разных сортов или даже видов — чтобы взять от них лучшее. Например, от толстой короткой и тонкой длинной кукурузы появятся толстые длинные початки. Проблема только в том, что сами такие гибриды обычно не дают стабильного потомства, и процесс их создания приходится постоянно повторять — что делает семена дороже. Да и вообще, учёные всё чаще говорят, что на смену классической селекции неминуемо придёт та самая, вызывающая у публики страхи генная инженерия.

Селекция — это примерно, как собирать конструктор без инструкции. Допустим, эти коробочки с деталями — 2 растения, из которых мы хотим соединить все лучшие качества. И вот на грядке у селекционера неминуемо эти гены будут соединяться случайным образом очень-очень долго. Пока наконец не получится что-то, что понравится человеку. Но по ходу дела будут конечно получаться и годные растения и в основном так себе. Совсем другое дело генная модификация – она гораздо быстрее, потому что прицельнее. Учёные уже расшифровали все нужные гены этих растений. И пользуясь схемой, берут совершенно точные определённые части и соединяют их в правильном порядке. Так что у них довольно быстро получается растение по всем свойствам нужное человеку.

То, что создано при помощи генной инженерии, тщательно проверяют на безопасность — так что можно не бояться. Во многих странах в продаже уже есть ГМО-яблоки, ананасы, кукуруза, даже быстро растущий лосось. Новые технологии позволяют и избавляться от ненужных качеств с помощью генетического редактирования: работу некоторых участков ДНК как бы «выключают». Так, японским учёным удалось вывести сорт помидоров без семян, а их плоды теперь могут появляться без опыления. Впрочем, обычная селекция тоже сдаваться пока не намерена — и творит свои чудеса не только в растительном, но и в животном мире. В Липецком зоопарке, например, 3 года назад родился зеброид – гибрид зебры и осла. А в 2002 году в США появился на свет лигр – смесь льва и тигрицы. Когда он вырос, его занесли в книгу рекордов Гиннеса как самого крупного представителя семейства кошачьих. Длина около 3,5 м, вес почти 420 кг. А если скрестить короля зверей и лигрицу – получится лилигр. Такие тоже рождались, но это большая редкость. Как правило, из-за генетических особенностей самцы гибридов бесплодны, а самки могут дать потомство с очень маленькой вероятностью. Селекция внутри одного вида получается всё-таки лучше.

Уже больше 60 лет на зооферме при Новосибирском институте цитологии и генетики идёт эксперимент по одомашниванию лисиц. Работу начали ещё советские учёные Дмитрий Беляев и Людмила Трут. На протяжении многих поколений селекционеры отбирали самых дружелюбных по отношению к людям животных. В результате дикий зверь превратился в милого непоседу, который сам тянется к человеку. Кандидат биологических наук Ирина Мухаметшина поясняет, что критерием самым главным являлось приближение, добровольное приближение лисицы к человеку. И возможность, когда лисица позволяла себя потрогать. Некоторые животные переворачивались кверху животом, они сейчас так делают.

В природе, конечно, они себя так не ведут — а эти плоды селекции получились настолько игривыми, что мешали записывать интервью и активно интересовались штативом оператора. Здесь же проводят и другие опыты — например, скрещивают между собой не дружелюбных, а, наоборот, агрессивных лисиц. Всё это нужно, чтобы лучше понимать, как может меняться геном животных. Ну и потенциально дать человеку нового домашнего питомца — тоже хорошо. По словам Ирины Мухаметшиной, ручная лисица испытывает гораздо меньше стресса, причём при столкновении с разными новыми ситуациями. Соответственно, у неё скорее плюсы от этой селекции, чем минусы.

Бывает, правда, и так, что селекция становится больше похожей на издевательство над животными. Вот так, например, выглядела такса больше ста лет назад: лапы длиннее, спина короче, чем у нынешних. Эта порода помогала на охоте, вытянутая форма тела позволяла залезать в норы. Человек всё время отбирал самых длинных псов – и в результате сейчас у такс хронические проблемы с позвоночником. А у мопсов ещё в начале 20 века была не такая плоская мордочка, как сейчас. Эту породу изменяли ради моды, и дошло до того, что нарушились дыхание и зрение. Теперь подобные собаки так часто страдают от проблем со здоровьем, что в некоторых странах, как Дания или Британия, даже заговорили о запрете на разведение пекинесов, английских бульдогов и мопсов. До полного исчезновения пород, конечно, дело не дойдёт — но теперь это ещё одна задачка для селекционеров. Которые могут многое — недавно, например, помогли спасти флоридскую пуму. В середине 90-х в дикой природе осталось всего 26 особей этого вида. Но в последующие 12 лет популяцию удалось увеличить – на свет появились 424 котёнка. Исчезающих животных скрещивали с техасским подвидом и отбирали потомство, близкое по характеристикам к флоридской пуме. Да, селекционеры своим искусством стараются менять мир к лучшему, и порой им удаются самые настоящие чудеса.

Благодарим за помощь в подготовке выпуска:

Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова (ВИР) за помощь в создании сюжета. ВИР проводит фундаментальные, поисковые и прикладные научные исследования, направленные на гарантированное сохранение в живом виде, изучение и рациональное использование коллекций мировых генетических ресурсов культурных растений.
Центральный сибирский ботанический сад СО РАН и Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук» ИЦиГ СО РАН за участие в съёмках сюжета и помощь в создании сюжета.
Главный контрольно-испытательный центр питьевой воды и лично генерального директора, кандидата технических наук — Юрия Николаевича Гончара за проведённое исследование и готовность всегда помочь в создании сюжетов.
Садового блогера Алесю Данилову за помощь в создание сюжета и участие в съёмках. Алеся ведёт уютный блог во «ВКонтакте».
Агронома-семеновода Дмитрия Гусева за участие в съёмке.