Разрушители. Грибки и грядущая пандемия

В 2006 году Фаулер возглавил проект по сбору и сохранению семян, который мы сегодня знаем как Всемирное семенохранилище⁵. Оно разместилось в Норвегии – на арктическом архипелаге Шпицберген – и, к неудовольствию его создателя, получило неофициальное название «Хранилище Судного дня». Данный объект находится более чем в тысяче километров от Северного полюса, а вход в него напоминает портал из научно-фантастического фильма – футуристическая дверь посреди мрачного, непригодного для жизни пейзажа, за которой скрывается убежище. Только в данном случае убежище для семян – сотен миллионов, а возможно, и миллиардов. Оно выглядит как 130-метровый горизонтальный туннель, вырубленный в скале, который выходит в пространство, покрытое сверкающими кристаллами льда. Фаулер называет его собором. Там тяжелые металлические двери, покрытые льдом, ведут в три отдельные комнаты, температура в которых держится на уровне –18 °C. Это гигантская морозильная камера, настолько же прочная и крепкая, как бомбоубежище.

В начале XX века самая большая коллекция семян в мире хранилась во Всесоюзном институте растениеводства в Ленинграде (ныне – Санкт-Петербург), и большую ее часть собрал Николай Вавилов⁶. Подобно исследователям сельского хозяйства Дэвиду Фэрчайлду и Фрэнку Мейеру из Министерства сельского хозяйства США, Вавилов путешествовал по миру в поисках съедобных культур. Он также изучал генетику и понимал значение генов растений для иммунитета к болезням. У России был большой опыт борьбы с голодом, и Вавилов, намереваясь предотвратить его повторение в будущем, создал и оберегал банк семян. К 1941 году, когда Адольф Гитлер приказал начать осаду Ленинграда и уморить голодом его жителей, в банке хранились семена более трехсот тысяч сортов растений. Здесь были картофель, рис, кукуруза, пшеница – все культуры, которые даже в том виде, в котором они были, смогли бы прокормить людей. Это знали и голодающие местные жители, и, скорее всего, немцы. Несколько русских ботаников, полных решимости защитить бесценный тайник, заперлись внутри в окружении еды, которую не собирались трогать. С 1942 по 1943 год по меньшей мере девять из них умерли от голода, так и не притронувшись к ценным запасам, а прорыв блокады произошел только в 1944 году. Сам Вавилов умер, отбывая двадцатилетний срок в трудовом лагере после того, как был арестован и обвинен в шпионаже для британской стороны. Причиной его смерти в 1943 году также стал голод⁷.

По всему миру банки семян стали появляться в 1960–1970-х годах. К 2010-му их уже было приблизительно две тысячи, а общее число хранимых в них образцов перевалило за семь миллионов⁸. Некоторые из таких банков специализируются на нескольких культурах или способны хранить лишь ограниченное количество семян, а другие просто огромны. В международном научно-исследовательском институте риса на Филиппинах хранится целая коллекция сортов данной культуры, а в Мексике создан международный центр по сохранению пшеницы и кукурузы – сотни подобных банков разбросаны по всему миру.

В США на территории Университета штата Колорадо в Форт-Коллинсе находится хранилище семян, известное как Национальная лаборатория по сохранению генетических ресурсов Службы сельскохозяйственных исследований⁹. Эта лаборатория является частью Национальной системы зародышевой плазмы растений Министерства сельского хозяйства США, которая включает в себя объект в Пулмене, штат Вашингтон, где хранится зародышевая плазма люцерны, нута и салата. Коллекция кукурузы, проса и киноа находится в Эймсе, штат Айова. В Женеве, штат Нью-Йорк, – зародышевая плазма яблок, вишни и винограда, а Форт-Коллинс является резервным местом, куда отправляются на глубокое хранение в защищенном от катастроф бетонном здании семена и зародышевая плазма из других центров и банков. В 1990-х годах здесь заработал национальный банк генов животных¹⁰, а в 2000-х – вирусов, грибов и бактерий, которые используются для исследований. Сейчас в банке Министерства сельского хозяйства США хранится зародышевая плазма почти 13 тысяч видов растений – в виде семян, а также корней, побегов и «спящих» почек. Здесь также собраны образцы спермы, крови и другие фрагменты ДНК коров, лосося, медоносных пчел и червей. Есть также семена и зародышевая плазма растений и семян, находящихся под угрозой исчезновения, в том числе белокорой сосны¹¹. По сути, это продовольственное хранилище страны, в котором, как и в аналогичных учреждениях по всему миру, находится то, что один из ученых Министерства сельского хозяйства США называет «тонкой зеленой линией»¹² между продовольственной безопасностью и глобальным голодом.

И все же в 2003 году Фаулер и Шэндс опасались, что лишь немногие из банков действительно безопасны. Некоторые из них не имели достаточного финансирования и не могли приобрести все необходимое; другие располагались в политически нестабильных регионах, где не было практически никакой безопасности, или их морозильные камеры не отличались надежностью. «Многие генные банки были не столько банками, – заметил Фаулер, – сколько хосписами. Некоторые из них были моргами»¹³. Тогда-то они и разработали план Б. К 2015 году во Всемирном семенохранилище удалось аккумулировать при поддержке более чем двухсот стран миллионы семян, собранных из девятисот тысяч уникальных образцов растений¹⁴. Несмотря на то что объем приобретений растет с каждым годом, остается все еще много места – хранилище рассчитано на два с половиной миллиарда семян более чем четырех миллионов сортов сельскохозяйственных культур. Если случится какой-нибудь глобальный катаклизм, если культуры начнут погибать от быстро меняющегося климата или грибковой инфекции, а война или другая экологическая катастрофа уничтожит существующие банки семян, будущее человечества продолжит храниться глубоко внутри горы, в вечной мерзлоте.

* * *

За всю свою историю человечество еще не встречалось с более опасным врагом для сельскохозяйственных культур, чем стеблевая ржавчина пшеницы, она же Puccinia graminis. Этот грибок преследовал фермеров на протяжении тысячелетий, вынуждая порой прибегать к самым разным способам борьбы. Например, древние римляне обращали внимание на то, как по мере развития грибка растения покрывались наростами красного цвета, поэтому стали приносить в жертву рыжих лисиц, собак и других животных в надежде умиротворить Робига, бога ржавчины. Сегодня стеблевая ржавчина по-прежнему представляет опасность, в какой бы части света ни росла пшеница. Например, в США грибок Puccinia graminis вызвал крупнейшие эпидемии в 1916 и 1935 годах, заодно спровоцировав уничтожение кустов барбариса. Как и в случае с пузырчатой ржавчиной сосны, Puccinia graminis может поражать не только пшеницу, но и других хозяев – это кусты барбариса. Поэтому после вспышки 1916 года и вплоть до 1970 года сотни этих растений были уничтожены в тех штатах, где грибок наиболее активно заражал посевы¹⁵. В некоторых регионах мира, где и без этого существовали проблемы с продовольственным обеспечением, эпидемии ржавчины вызвали сильный голод. Таким образом, это заболевание представляет опасность для всего человечества, поэтому является общей проблемой. Стремясь ее решить, в 1944 году Фонд Рокфеллера отправил молодого фитопатолога Нормана Борлоуга в Мексику, где на полях как раз свирепствовала ржавчина. Задача Борлоуга состояла в том, чтобы улучшить качество выращиваемой там пшеницы и обучить мексиканских фермеров.

В 1933 году, будучи студентом колледжа, Борлоуг стал свидетелем продовольственного бунта¹⁶. Цены на молоко упали, и по городам США прокатилась волна беспорядков: работники молочной промышленности устраивали забастовки, нападали и опрокидывали молоковозы и избивали всех, кто становился на их пути. Особенно впечатлила Борлоуга потасовка, которая случилась на улицах Миннеаполиса, когда голодные горожане окружили цистерну с молоком и передавили друг друга. По словам будущего фитопатолога, соприкоснувшись так близко с отчаянием, которое может вызвать голод, он в итоге взял курс на то, чтобы изменить историю сельского хозяйства. После окончания колледжа Борлоуг нашел общий язык со специалистом по патологии растений¹⁷, который изучал стеблевую ржавчину, а когда оказался по заданию в Мексике, понял, что это заболевание имеет настолько постоянный характер, что выращивание пшеницы, по сути, представляет собой «упражнение по борьбе с ржавчиной»¹⁸. Борлоуг засучил рукава и принялся за селекцию пшеницы, чтобы сделать ее более устойчивой.

После многих лет скрещивания различных сортов Борлоуг смог получить растения с благоприятными генетическими характеристиками¹⁹, важнейшей из которых была устойчивость к стеблевой ржавчине. Он смог добиться успеха, потому что существовало достаточно сортов пшеницы, чтобы можно было скрещивать их, и некоторые обладали необходимыми генами устойчивости к грибку. Борлоуг накормил миллиарды людей, и за это в 1970 году был удостоен Нобелевской премии мира. Ген, благодаря которому все это стало возможным, получил название Sr31²⁰, и сейчас, спустя десятилетия, 700 миллионов тонн пшеницы с различными генами устойчивости, включая Sr31, выращиваются на 220 миллионах гектаров по всему миру. Новые сорта отличаются большей урожайностью, но при этом более требовательны к удобрениям и пестицидам.

Генетическое разнообразие спасло урожай, но генофонд пшеницы сузился: в подавляющем большинстве в мире выращиваются мягкая пшеница (Triticum aestivum) – ее разновидности составляют более 90 % от мировых посевов данной культуры; остальные сорта представлены твердой пшеницей (T. turgidum ssp. durum). Многие из них зависят от защиты, которую дает ген Sr31.

В 1998 году в Восточной Африке появился высоковирулентный штамм стеблевой ржавчины пшеницы, получивший название Ug99. Грибок смог преодолеть устойчивость, вызываемую Sr31, и вероятность возникновения новой пандемии очень обеспокоила ученых и фермеров. Когда Ug99 только появился, Борлоуг задумался, не могли ли прошлые успехи способствовать надвигающейся катастрофе. Он сравнил эпидемию ржавчины с лесным пожаром, которому нужны топливо, то есть «легковоспламеняющийся материал, который будет распространен повсеместно», благоприятные климатические условия, обработка семян, ветер и наша «самонадеянность». Первого было предостаточно – восприимчивым сортом пшеницы уже были засеяны сотни миллионов гектаров²¹. В ответ на вспышку заболевания Борлоуг помог создать Глобальную инициативу по борьбе с ржавчиной, которая теперь носит его имя и объединяет тысячи ученых и фермеров, занимающихся выращиванием пшеницы, из сотен учреждений. Их общая цель – обеспечить безопасность одной из важнейших мировых сельскохозяйственных культур.

Вопреки опасениям, Ug99 пока не охватил весь мир, и это хорошая новость. Но фитопатолог Сара Гурр, изучающая продовольственную безопасность, подчеркивает, что данный штамм стал сенсацией отчасти потому, что он невероятно вирулентен, а многие мировые сорта пшеницы оказались к нему восприимчивы. При этом существует множество других разновидностей ржавчины. Например, в 2000-х годах появился штамм, который уничтожил посевы на Сицилии, в Западной Сибири, Дании, Швеции и Великобритании. Меняющийся климат также вносит свою лепту: окатывая поля жаром, он приводит к тому, что некоторые сорта пшеницы становятся более восприимчивыми к болезням, и чаще это происходит именно в Европе. «Иммунитет растений к болезням меняется, а грибки приспосабливаются к более высокой температуре, – говорит Гурр. – Нам нужно как можно внимательнее изучить это явление и надеяться, что где-то в генетической истории пшеницы отыщется подходящий для этого ген»²².

С момента появления Ug99 и других штаммов ржавчины селекционеры пшеницы начали обращаться в генные банки, чтобы найти гены устойчивости у диких родственников пшеницы²³. И им это удалось, но процесс селекции, как и в случае с другими культурами, идет относительно медленно. «Каждый раз, когда вы выводите новый ген в пшенице или картофеле, требуются годы для опытных испытаний, чтобы оценить его полезность»²⁴, – говорит Гурр. Селекционеры пшеницы находятся на генетической беговой дорожке, пытаясь обогнать стеблевую ржавчину, но грибок развивается чрезвычайно быстро. Они полагаются на отдельные доминантные гены устойчивости в геномах растений, но в итоге, по словам Гурр, можно получить «либо стопроцентную защиту, либо полную катастрофу». А еще количество грибковых спор при этом невероятно велико. «Если бы мы смогли увидеть их невооруженным глазом, то в небе над каждым гектаром в вегетационный период нашли бы десять в степени одиннадцати спор. Это сто миллиардов. И все, что под ними, – это рай, полный пищи». Зная, насколько быстро грибок способен эволюционировать, можно сказать, что шансы у нашей нынешней тактики селекции невелики.