Злаки и Зелёная революция

Николай Вавилов, отец современной селекции

Николай Вавилов был человеком многих талантов. Он вошел в историю не только как ученый-генетик и селекционер, чья работа легла в основу современных генетических исследований и селекции, но также как химик, географ и общественный деятель.

А еще Николай Вавилов был путешественником. Он организовал больше ста экспедиций, во время которых его команда побывала на всех континентах, кроме Антарктиды и Австралии. Там они собрали неожиданно большую для его современников-ученых коллекцию семян культурных растений. До Вавилова люди обычно занимались интродукцией: они брали растения и высаживали их там, где им было нужно.

Так, например, привозили из-за границы новые виды фруктов и овощей, разбивали сады с экзотическими растениями. В Российской империи и СССР было несколько опытных садов, которые занимались сбором растений со всей страны и из-за границы. Они проверяли, приживутся ли привозные растения в несвойственном им климате, внедряли новые культуры — так на юге страны, например, появились китайские чайные кусты.

Николай Вавилов поставил перед собой грандиозную цель — собрать и сохранить для будущих поколений все генетическое разнообразие культурных растений мира и их диких предков. Он понимал, что это ключ к созданию сортов, способных накормить человечество в любых условиях.

Начало экспедиций было чистой воды авантюрой: у него не было ни больших средств, ни команды, ни опыта путешествий.

Со временем экспедиции не становились сильно проще — Вавилов и его команда отправлялись в самые отдаленные уголки мира, где им приходилось быть не только учеными-ботаниками, но и географами, этнографами и даже врачами для местного населения. Иногда приходилось решать загадки. Так, в 1916 году он нашел в Иране причину массового отравления российских войск хлебом: оказалось, что всему виной был грибок, который попадал со стеблей пшеницы в муку.

Николай Вавилов не просто собирал растения для своей коллекции. Его команда также внимательно изучала их, высеивала в разных частях страны и на основе лучших создавала новые стойкие и урожайные сорта. В итоге его коллекция растений стала крупнейшей в мире и до сих пор служит источником генетического материала для выведения новых сортов. В основанном им Всесоюзном институте растениеводства команда Вавилова заложила основы и селекции и сортоиспытаний, без которых немыслима современная агрономия.

Сортоиспытания — изучение сортов сельскохозяйственных культур, чтобы затем отбирать наиболее пригодные для массового выращивания.

Также Вавилов известен благодаря введению понятия мировых центров происхождений культурных растений. Ученый доказал, что у каждого культурного растения, от пшеницы до клевера, есть родина — место, где до сих пор растут его дикие предки. Вавилов выявил семь таких центров или очагов, откуда к нам пришли самые культурные растения. Благодаря ему мы знаем, что яблоня, груша, слива и миндаль появились в Китае, морковь, петрушка, лен, мята и хрен родились в Средиземноморье, а родиной табака и авокадо была Центральная Америка.

К сожалению, работа Николая Вавилова пришлась на непростое время. По стране прокатилась волна репрессий, а генетика была объявлена лженаукой. Ученый был арестован, сослан в лагерь, где и погиб. Однако основанный им институт действует до сих пор, а коллекция собранных растений считается одной из крупнейших в мире.

Если вам интересно больше узнать об экспедициях Николая Вавилова, советуем почитать его книгу «Пять континентов».

Норман Борлоуг, отец Зелёной революции

Нормана Борлоуга называли «человек, который накормил миллионы». И это действительно так. Он не просто поднял урожай в одной отдельно взятой стране, находившейся под угрозой голода, но и изменил сельское хозяйство по всему миру.

Борлоуг был сыном фермеров и с самого детства работал с огородом. То есть он знал, что такое земля, семена, как надо сажать растения и с какими трудностями можно столкнуться в процессе. После школы Норман продолжил заниматься растениями: пошел учиться в Университет Миннесоты, где сфокусировался на фитопатологии — науке о болезнях растений. Он защитил диссертацию, посвященную грибковым заболеваниям льна, затем занимался разработкой средств от грибка для сельского хозяйства в химической компании DuPont — одной из крупнейших в мире.

Тем временем в соседней с США Мексике падали урожаи зерна, а к власти пришел новый президент, которого это очень беспокоило. Правительство обратилось за помощью в благотворительный фонд Рокфеллера. Там инициировали Мексиканскую сельскохозяйственную программу и отправили команду ученых, в числе которых был Норман Борлоуг. 

Он приехал — и остался в стране на 12 лет. Норман занимался селекцией, то есть выводом новых сортов растений. Одна из проблем мексиканской пшеницы была в полегании: длинные и тонкие стебли не выдерживали веса колоса и пригибались к земле. Из-за этого могли ломаться стебли, а сами колосья гнить, потому что почва была сырой. Норман скрещивал местные сорта с карликовыми сортами из Японии и вывел множество новых, в том числе сорт пшеницы с коротким стеблем. За следующие 15 лет урожайность пшеницы в Мексике выросла в 3 раза. Страна не только обеспечила себя зерном, но и начала продавать его за границу.

Этого не могли не заметить, и Нормана стали приглашать в другие страны. Он работал в Пакистане и Индии, куда привез некоторые из созданных им сортов, и в результате урожайность в обеих странах выросла в 2 раза. Новые сорта пшеницы также стали использовать в Латинской Америке, на Ближнем Востоке и в некоторых странах Африки — и везде они имели успех.

На Филиппинах специалисты Международного института по исследованию риса, вдохновившись успехами команды Нормана Борлоуга, разработали полукарликовый сорт риса. В 1965 году сам Борлоуг возглавил глобальную программу по селекции пшеницы, организованную в рамках Международного центра по улучшению кукурузы и пшеницы (CIMMYT — Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo).

То, что сделал Норман Борлоуг, назвали Зелёной революцией. А в 1970 году ему вручили Нобелевскую премию мира «за вклад в решение продовольственной проблемы, и особенно за осуществление «зелёной революции».

Зелёная революция и ее особенности

Как селекция положила начало Зелёной революции

Селекция — наука о выведении новых сортов растений с нужными человеку свойствами: высокой урожайностью, устойчивостью к болезням, вредителям и так далее. Именно селекция стала фундаментом Зелёной революции.

Человечество занимается селекцией много тысяч лет, но до начала XX века в этой области почти не было научных прорывов. Работы в этом направлении велись, но многие сорта оставались такими же, какими они были в каменном веке.

Все изменилось на рубеже XIX–XX веков. В основу современной селекции легла наука генетика, а точнее, теория эволюции Чарльза Дарвина, законы Менделя о передаче наследственных признаков от родителей потомкам и его учение о чистых линиях и мутациях — эти знания помогли селекционерам более осознанно выводить новые сорта растений.

Чистые линии — генетически однородные организмы, которые полностью передают определенные признаки потомству.

Начали создавать пшеницу, рожь, кукурузу и другие злаковые с более коротким и крепким стеблем. Такие злаки не ложились на землю, поэтому не гнили, а еще с них было удобно собирать урожай при помощи сельскохозяйственной техники. Ученые вывели сорта кукурузы с более крупным зерном и виды злаковых, которые лучше переносили холод, поэтому их можно было сажать в Сибири. Уже к середине XX века урожайность многих культур выросла в несколько раз — это стало одним из ключевых положений Зелёной революции.

Роль химии в Зелёной революции: пестициды, удобрения, гормоны

Кроме селекции огромную роль в Зелёной революции сыграла химическая промышленность. Без использования химикатов в сельском хозяйстве не получилось бы в короткий срок вырастить и собрать урожай, способный прокормить миллионы людей. 

Поэтому ученые и агрономы начали активно использовать химические вещества, которые ускоряли рост растений, боролись с вредителями и улучшали состав почвы:

• добавляли азотные, фосфорные и калийные удобрения — так значительно повысили урожайность;

• использовали пестициды: инсектициды (против насекомых), фунгициды (против грибов) и гербициды (против сорных растений) — это помогло защитить урожай от вредителей и болезней;

• применяли гормоны роста, чтобы ускорить рост растений и, опять же, повысить урожайность культур.

Но у использования химии в сельском хозяйстве есть обратная сторона. Со временем выяснилось, что химикаты плохо влияют на окружающую среду:

• почвы истощаются, теряя живые микроорганизмы, разрушается структура;

• избыток питательных веществ в почве, особенно фосфора, попадает в реки и озера, из-за этого разрастаются водоросли, а рыба и водные млекопитающие гибнут;

• вредные насекомые и сорняки «привыкают» к препаратам, и появляются суперустойчивые виды;

• снижается разнообразие видов, потому что такие агрессивные методы уничтожают не только вредителей, но и полезных насекомых. 

Получается парадокс: сначала химия спасла урожай, а потом начала разрушать среду, в которой этот урожай растет. 

Теперь ученые из разных областей наук, агрономы, фермеры и экологи ищут выход из сложившейся ситуации. Работа идет в нескольких направлениях. Например, разрабатывают экологически чистые удобрения, создают биопестициды — препараты на основе грибков или бактерий, которые борются с вредителями без ущерба для природы. Все чаще применяются точные технологии: датчики, спутники, дроны, которые помогают вносить вещества только туда, где это действительно нужно.

Зелёная революция стала важным шагом в истории сельского хозяйства. Теперь задача нового поколения — сделать ее безопасной для планеты.