Человек — существо хрупкое. У нас нет ни коры, ни костяной брони, ни густого меха, чтобы защищаться от экстремальных условий. Поэтому, осваивая планету, мы постоянно заимствуем решения у природы — от одежды до сельского хозяйства. Пара дней под палящим солнцем самых жарких пустынь Земли стала бы смертельным испытанием для большинства людей. А вот для одного растения из Долины Смерти — это время расцвета. Пустынный цветок Tidestromia oblongifolia называют «растением из ада». Исследование биологов из Университета штата Мичиган показало: это, возможно, самое жароустойчивое растение из всех когда-либо описанных.
Растение, которому жара на пользу
Долина Смерти в Калифорнии — одно из самых экстремальных мест на планете. Летние температуры здесь регулярно поднимаются до 49 °C, превращая окружающее пространство в подобие раскалённой печи. Для большинства растений такие условия губительны. Но T. oblongifolia ведёт себя наоборот — именно летом она растёт быстрее всего.
Секрет в том, что растение умеет перестраивать собственный фотосинтез, делая его устойчивым к экстремальному нагреву. Иными словами, когда жара «ломает» биохимию у других видов, этот пустынный чемпион только набирает обороты.
Фотосинтез в режиме перегрева
Чтобы разобраться в механизме, профессор Сын Ён Ри (Сью Ри) и исследователь Карин Прадо попытались вырастить растение из семян в лаборатории. Поначалу эксперимент проваливался: в комфортных условиях T. oblongifolia росла плохо.
Решение оказалось парадоксальным — растению не хватало ада. Когда учёные воссоздали условия Долины Смерти в специальных климатических камерах — с жестким освещением и резкими суточными перепадами температур, — растение буквально «ожило». За десять дней его биомасса утроилась, в то время как другие жаростойкие виды в эксперименте почти перестали расти.
На клеточном уровне происходили поразительные изменения. Митохондрии — энергетические станции клетки — сближались с хлоропластами, где идёт фотосинтез. Сами хлоропласты деформировались, приобретая необычную «чашеобразную» форму, ранее не наблюдавшуюся у похожих растений. По мнению исследователей, такая архитектура помогает эффективнее использовать углекислый газ даже в условиях экстремальной жары.
Генетическая перестройка
Удивительно, но на адаптацию уходят не годы и даже не сезоны. Уже через сутки после воздействия экстремальной температуры тысячи генов меняют свою активность. Включаются механизмы защиты белков, мембран и фотосинтетических структур, а растение начинает усиленно вырабатывать фермент Rubisco activase, необходимый для поддержания фотосинтеза при высоких температурах.
Через два дня T. oblongifolia заметно повышает свою фотосинтетическую мощность, а к 14-му дню достигает оптимальной температуры фотосинтеза — 45 °C. Ни одна из основных сельскохозяйственных культур не способна на подобное.
«Это самое жароустойчивое растение из всех, что когда-либо были задокументированы», — отмечает Сью Ри.
Еда в эпоху климатического кризиса
Рост глобальной температуры уже сегодня угрожает ключевым культурам — пшенице, кукурузе, сое. По пессимистичным сценариям, к 2100 году средняя температура на планете может вырасти ещё на 5 °C. Если человечество рассчитывает прокормить себя в таких условиях, одних привычных сортов будет недостаточно.
Tidestromia oblongifolia может стать биологической «инструкцией по выживанию». Разгадка её механизмов адаптации способна лечь в основу генетической модификации или селекции новых жароустойчивых культур, особенно важных для регионов, которые меньше всего способствовали климатическому кризису, но сильнее всего от него страдают.
Как подчёркивает Ри, пустынные растения миллионы лет решали задачи, с которыми мы сталкиваемся лишь сейчас. Впервые у науки есть инструменты — геномика, высокоточная визуализация, системная биология, — чтобы по-настоящему у них учиться.
Мы не сможем превратить Меркурий в цветущий сад, позаимствовав способности T. oblongifolia. Но если человечество научится хотя бы частично воспроизводить её биохимические трюки, у нас появится шанс сохранить продовольственную безопасность в стремительно нагревающемся мире. Иногда будущее сельского хозяйства начинается с маленького растения, упрямо растущего там, где, казалось бы, не должно быть жизни.
