Выяснилось, что современные семена растений не готовы к изменению климата

По словам эволюционного биолога UVM Иоланды Чен, адаптация семян имеет решающее значение. В условиях меняющегося климата мелкие фермеры играют важную роль в обеспечении глобальной продовольственной безопасности. В статье, опубликованной в журнале Plants, People, Planet, рассматривается, как появление профессиональных селекционеров нарушило эволюционные процессы и перестроило всю продовольственную систему.

После Второй мировой войны человек внес изменения в эволюцию сельскохозяйственных растений, перестроив имеющиеся семенные системы с помощью промышленных методов ведения сельского хозяйства, чтобы удовлетворить потребности растущего населения. Однако, по мнению исследователей UVM, в условиях меняющегося климата в ближайшие десятилетия семена, которые будут поддерживать мир, находятся на попечении мелких фермеров.

Массовое производство высокоурожайных семян ограниченных сортов создало пропасть между официальной семенной системой, которая сегодня продает большинство семян по всему миру, и неофициальной семенной системой, которая состоит из фермеров, отбирающих собственные семена для создания разнообразных, адаптированных к местным условиям сортов сельскохозяйственных культур, известных как ландрасы.

«Выбирая эти сорта, мелкие фермеры оказывают экосистемные услуги — выгоды, которые мы получаем от биоразнообразия, сформировавшегося в ходе эволюционных процессов», — объясняет Чен, научный сотрудник Института окружающей среды Гунда.

Эти услуги включают адаптацию культур к стрессам, таким как засуха, засоление и вредители, которые будут усиливаться по мере потепления климата. По словам Чен, такие услуги имеют решающее значение для будущего устойчивого развития.

«Селекционеры официальной системы семеноводства отбирают сорта, ориентируясь исключительно на достижение высоких урожаев, — говорит Чен. — Предполагается, что селекция — это наука о раскрытии потенциала урожайности культур и что современность накормит мир».

«Это было достигнуто с помощью удобрений, ирригации и пестицидов, чтобы воссоздать по сути одну и ту же плодородную среду независимо от местоположения. Селекционеры отобрали современные сорта семян для выращивания в этих идеальных условиях», — добавила она.

Вне этих условий культурные растения эволюционировали вместе с микроорганизмами и животными, чтобы переносить широкий спектр условий окружающей среды. Например, многие растения вырабатывают соединения, привлекающие местных насекомых, которые охотятся на паразитов растения. «Другими словами, у них развилась способность вызывать телохранителей», — говорит Чен.

Растения, выращенные из семян массового производства, не сохранили эту особенность, которая им не нужна при постоянной поддержке пестицидов. Утратив эту древнюю связь с окружающей средой, растения не обращаются за помощью.

По словам Чен, в том, что человек руководит эволюцией сельскохозяйственных культур, нет ничего нового. Подобно взаимодействию между растениями и экосистемами, избирательное разведение сельскохозяйственных культур человеком формирует культуры для тех мест и климатических условий, где они высаживаются.

И наоборот, зависимость от культур с высокой урожайностью, но без связи с окружающей средой — это компромисс. Универсальное сельское хозяйство быстро становится несостоятельным в условиях экстремальной жары или засухи, которые ожидают многие сельскохозяйственные районы.

Чен и соавторы предлагают найти решения, когда люди больше не смогут создать идеальную среду для выращивания культур с использованием формальных систем семеноводства. Например, разнообразие семян ландрас, сохраненных людьми, выращивающими культуры во всех возможных экосистемах.

Семена ландрас, выведенные для получения урожая в горах, дельтах и пустынях, где их сажают фермеры, имеют наилучшие шансы нести в себе выносливые черты, необходимые для выживания в любых условиях, которые приготовило изменение климата. По словам Чен, в данных семенах содержатся черты, которые помогут более коммерческим сортам адаптироваться к местным условиям.

Но дело не только в генетике, в современном сельском хозяйстве Чен видит «неоколониальные идеи о том, кто решает, что важно». Фермеры, которые вывели сорта растений, часто являются мелкими землевладельцами в исторически колонизированных местах, и их труд не ценится в промышленном сельском хозяйстве или академических исследованиях.

«Разнообразие семян, которое выращивают мелкие фермеры, считается глобальным общественным благом, — говорит Чен. — Но что получает мелкий фермер, понесший расходы на выращивание этих семян ландрас?»

Поскольку климатические условия делают современные методы ведения сельского хозяйства неустойчивыми, решение не в том, чтобы промышленно развитые страны спрашивали в развивающихся странах семена мелких фермеров.

«Нам нужно найти механизмы для оценки и совместного использования разнообразия семян, чтобы управлять эволюцией наших продовольственных культур, — говорит Чен. — Нам не нужно просить мелких фермеров по всему миру нести на себе будущее продовольственной безопасности».

Вместо этого Чен и ее коллеги создают аналитическую записку, чтобы поделиться своими знаниями с политиками. Их цель — разработать методы, способствующие распределению выгод, чтобы должным образом поддержать мелких фермеров за созданное ими разнообразие семян.

Одновременно с этим необходимо найти способы использования знаний этих фермеров, чтобы разнообразие семян могло послужить для создания следующего поколения крупномасштабных культур.

«Это изменение парадигмы мышления „урожай, урожай, урожай“, — говорит Чен. — Мы должны сосредоточить эволюцию и биоразнообразие в наших сельскохозяйственных процессах. Именно так можно достичь устойчивости».

Ранее исследователи из Университета Флориды использовали CRISPR/Cas9 для изменения угла наклона листьев сахарного тростника, что значительно повысило эффективность захвата солнечного света и урожайность. Этот прорыв в редактировании сложного полиплоидного генома сахарного тростника знаменует собой достижение в области улучшения сельскохозяйственных культур и производства биотоплива.