По информации за январь 2022 года, численность населения Земли составляет 7,92 миллиарда человек. Этот показатель постоянно растет и прогнозы гласят, что к 2050 году на нашей планете будет жить более 9 миллиардов человек. Если построить новые города и соорудить искусственные острова, места для людей будет предостаточно, но вот с продовольствием дела обстоят гораздо сложнее. Дело в том, что климат на Земле стремительно меняется, а концентрация углекислого газа увеличивается, из-за чего многие необходимые для жизни культуры могут перестать расти. Ученые постоянно ищут способ улучшить адаптацию растений к изменениям климата, только особо серьезных результатов они еще не добивались. Однако, недавно американские исследователи пересадили современным растениям фермент, который помогал доисторическим культурам выживать на воздухе с повышенным уровнем углекислого газа. Возможно, такой подход может спасти людей будущего от голода.
Генная инженерия может спасти человечество от голода
Зачем растениям фермент рубиско?
Фермент, который помогал древним растениям выживать при высокой концентрации углекислого газа, называется рубиско. Этот комплекс белков нужен растениям для того, чтобы вырабатывать энергию от солнечного света (осуществлять фотосинтез) путем связывания атмосферного углекислого газа. Считается, что 20-30 миллионов лет назад этот фермент помогал растениям выживать, когда концентрация CO2 в воздухе составляла 500-800 частей на миллион. От имеющегося в современных растениях рубиско древний вариант отличается тем, что он не умеет отличать углекислый газ от кислорода — в древние времена эта функция была не нужна, потому что кислорода в воздухе было мало.
В древние времена на Земле было очень мало кислорода
Со временем концентрация кислорода в воздухе повышалась. Было выяснено, что фермент рубиско также способен связывать молекулы кислорода. Растения начали дополнительно поглощать кислород и производить углекислый газ, что уменьшило эффективность фотосинтеза. Чтобы растения восстановили способность к фотосинтезу, эволюция увеличила чувствительность рубиско к углекислому газу. Однако, на протяжении 20-30 миллионов лет уровень CO2 в воздухе упал, и специфичность рубиско к этому газу снова снизилась.
Жизнь растений во многом зависит от фотосинтеза
Сегодня уровень углекислого газа в воздухе снова поднимается. До 1950-х годов его концентрация сохранялась на уровне 300 частей на миллион. Но потом, после появления автомобилей с двигателями внутреннего сгорания и заводов, концентрация СО2 в воздухе поднялась до 420 частей на миллион. Растения будут слишком долго адаптироваться под новые климатические условия, поэтому ученые из Корнеллского университета (США) решили самостоятельно наделить их рубиско с повышенной чувствительностью к углекислому газу.
Как генная инженерия спасет людей от голода?
Для этого исследователи проанализировали структуру рубиско в картофеле, томатах, баклажане, табаке и других растениях. Исследование помогло выяснить, какими особенностями обладал фермент, который имелся у растений миллионы лет назад. Ими было выделено 98 структур, которые можно было использовать для создания «древнего» фермента рубиско. Судя по всему, он уже создан, и ученые хотят внедрить его в табак посредством технологии редактирования генов CRISPR. По словам автора научной работы Морина Хэнсона (Maureen Hanson), они искренне надеются, что внесенные изменения помогут получить большой урожай.
Модель молекулы Рубиско
Если эксперимент пройдет успешно, ученые хотят проверить технологию на примере томата, картофеля, сои и риса. Эти культуры считаются важными для пропитания людей, поэтому им уделено повышенное внимание. Возможно, если технология докажет свою эффективность, исследователи начнут применять ее к другим растениям. Например, ученые уже сейчас прогнозируют, что в будущем изменения климата может привести к дефициту ячменя. Если это произойдет, стоимость пива в зависимости от региона повысился до 300%. Подробнее грядущем дефиците пенного напитка можете почитать в этом материале.
Стоит отметить, что человечество уже сейчас стоит на грани дефицита хлеба. Считается, что для богатых стран эта ситуация может обернуться кризисом, но больше всего не повезет жителям бедных стран — там может начаться настоящий голод.