27 ноября 2013
Мохамед Хиджре – профессор биологии и исследователь в Институте биологии растений в Монреале. Он изучает синтез арбускулярно-микоризных грибов с корнями высших растений. Эти грибы повышают способность корней поглощать питательные вещества из почвы, в основном фосфор, одновременно увеличивая способность растений сопротивляться патогенам и выживать в сложных условиях. В лекции на платформе TED Хиджре рассказал, как эти маленькие грибы могут помочь преодолеть фосфорный кризис. Slon приводит собственный перевод лекции.
Начну с вопроса: кто-нибудь знаком с проблемой цианобактерий? Думаю, все согласны, что дело это серьезное. Никто не хочет пить зараженную ими воду или плавать в ней. Надеюсь, вы не расстроитесь, но сегодня я про них говорить не буду. Речь пойдет, однако, о главной причине проблемы с цианобактериями, назовем ее фосфорным кризисом. Почему я решил поднять этот вопрос? Потому что больше его не поднимает никто.
Из-за чего возникла проблема цианобактерий? Из-за того, как мы ведем сельское хозяйство. Мы используем химические удобрения. Зачем? Затем, чтобы растение лучше росло, давало богатый урожай. Беда в том, что это ведет к экологическому кризису.
Прежде чем идти дальше – небольшой экскурс в биологию. Что нужно растению для роста? Свет, CO2, еще важнее – питательные вещества, их растение получает из почвы. Это основные химические элементы: фосфор, азот, кальций. Остановимся на фосфоре, потому как это самый проблемный ныне химический элемент. Между тем фосфор – ключевой компонент нескольких веществ, которые нам жизненно необходимы. Клеточные мембраны состоят из фосфолипидов. Фосфор – важнейший компонент ДНК. Фосфорилированные соединения являются источником энергии для всех биохимических процессов в организме.
Где же мы находим фосфор? Как я уже говорил, растения получают его из почвы, а мы – из пищи: овощей, фруктов, а еще яиц, мяса и молока. Сегодняшнее сельское хозяйство называют интенсивным. Без химических удобрений мы не сможем вырастить столько, сколько требуется для населения земного шара. Сейчас нас семь миллиардов, а меньше чем через сорок лет станет девять миллиардов. Простой вопрос: хватит ли нам фосфора, чтобы прокормить следующие поколения?
Давайте предположим, что мы используем 100% полученного нами фосфора. Только 15% достается растению. 85% мы теряем. Эти проценты уходят в почву и завершают свой путь в озерах, где возникает переизбыток фосфора, отсюда – проблема с цианобактериями. Итак, лишь 15% идет растению. Не слишком ли расточительно? Именно так. А что еще хуже – это очень дорого.
В 2009 году журнал Nature опубликовал статью, с которой и началась дискуссия о фосфорном кризисе. Сегодня политики и ученые согласны, что он не за горами.
Возьмем проблему с нефтью. Ее мы можем решить – хотя бы теоретически, используя биотопливо, солнечную энергию, энергию воды, но фосфор заменить мы ничем не в силах. Его добывают в шахтах. По прогнозам, к 2030-му мы достигнем пика потребления фосфора, и к концу века его запасы иссякнут. Есть ли решение? Что нам делать? В 2050 году нас будет девять миллиардов, согласно U.N. Food and Agriculture Organization, нам потребуется производить вдвое больше еды, чем сегодня. И вот парадокс: количество фосфора стремительно сокращается, а еды нужно все больше.
Вспомните, что 85% используемого фосфора теряются понапрасну. Решение, которое предлагаю я, существовало еще до появления растений на Земле: микроскопический гриб, очень простой, но одновременно крайне сложный. Этот гриб существует в симбиозе с корнями. Под симбиозом я понимаю двустороннее и взаимовыгодное сотрудничество-сосуществование.
Обычно корень сам находит фосфор, но он может делать это лишь в радиусе одного миллиметра. Теперь представьте крошечный гриб, он растет гораздо быстрее и лучше приспособлен для поиска фосфора.
Я ничего не изобретал. Это биотехнология, существующая 450 миллионов лет.
Через какое-то время гриб эволюционировал и адаптировался к поиску даже мельчайших частиц фосфора. Вы видите корень моркови и гриб с его нитями.
Он внедряется в клеточные структуры корня, и это значительно увеличивает проводящую способность. Идет обмен: я даю тебе фосфор, ты меня кормишь. Настоящий симбиоз.
Давайте добавим микоризу к диаграмме, которую я показывал ранее. И вместо 100% я использую 25% добываемого фосфора. Вы видите, что из них более 90% достанутся растению. Совсем небольшое количество останется в почве. В некоторых случаях фосфор даже не придется добавлять как удобрение.
Я говорил, что 85% фосфора остается в почве, и растения не могут до него добраться. Фосфор есть в почве, но в нерастворенном виде. Гриб способен растворить фосфор и дать растению возможность его использовать. Вот фото, которое говорит само за себя. Это поле, засаженное сорго. В левой стороне вы видите урожай, полученный при традиционном ведении сельского хозяйства, со стопроцентной дозой фосфора, а слева дозу уменьшили на 50%, но использовали микоризу. Взгляните на результат. Всего лишь с половиной дозы он стал гораздо лучше.
В некоторых случаях (на Кубе, в Мексике) дозу можно уменьшить и до 25%, а где-то фосфор не приходится добавлять вовсе, все зависит от конкретных условий.
И это не какой-то чисто лабораторный метод. Микориза существует и работает, ее производят в индустриальных масштабах, и она коммерчески выгодна. Проблема в том, что люди об этом не знают.
У нас есть технология, которая при правильном применении поможет снизить скорость истощения наших запасов фосфора.
Я ученый и мечтатель. Поэтому, если вы спросите меня, что бы я хотел видеть,
когда выйду на пенсию (это случится как раз в момент, когда запасы фосфора
должны будут закончиться), я отвечу: чтобы мы использовали этикетку «сделано с
помощью микоризы». Чтобы мои дети и внуки покупали продукты именно с такой
этикеткой.
http://www.youtube.com/watch?v=JF-i6cJecm0
Никита
Марков
