Господин Свещаров
Разкази за съвременната биология (17)

Съвременната генетика и бъдещето на селското стопанство

Едва ли някой би могъл да оспори големия прогрес, осъществен в селското стопанство. Благодарение на съвременните методи за обработване на нивите с машини, на специално създадените от селекционерите и генетиците сортове зърнени култури и на изкуствените торове във високо индустриализираните и напреднали страни се получават рекордни добиви зърнени храни от декар. Достатъчно е в това отношение да припомним изключително високите добиви от пшеница от сорта Садово 1, получени от някои наши добруджански АПК, които надминават световните рекорди. И веднага трябва да кажем, че по мнението на най-големите капацитети относно продуктивността на селското стопанство изброените методи за повишаване добивите в селското стопанство — изкуствено торене, комплексна механизация и окрупняване на засяваните площи — вече в много страни (и то в най-големите производителки на зърнени храни) се доближават до границите на своите възможности от гледна точка на изтощаващите се енергетични запаси и вредите, нанасяни на околната среда.

Същевременно населението на Земята непрекъснато се увеличава. Според данни на ФАО всяка година в слаборазвитите и новоосвободените страни измират от глад десетки милиони хора, а други стотици милиони получават храна с много по-малко от необходимите калории. Както вече казахме в предишния разказ, най-опасен е все по-увеличаващият се в световен мащаб недостиг на белтъчни храни, които играят особено важна роля в метаболизма на човешкия организъм. И някои читатели с право биха запитали:

— Има ли изход от създалото се положение?

Отговорът на компетентните специалисти в областта на селското стопанство от всички страни е категоричен:

— Изходът може да се търси само в прилагането на най-новите постижения на съвременната генетика и на генното инженерство в селскостопанската практика!

В продължение на хиляди години човекът се мъчеше чрез торене и други манипулации да приспособи обработваемите площи към растенията, които го хранеха и обличаха. Днес тенденциите са точно обратни — учените се стремят да „приспособят“ растенията към всички видове почви, дори и към най-непродуктивните. В Бразилия например има огромни равнинни площи със силно кисели почви. В момента бразилски, американски и френски генетици са заети с извънредно трудната работа така да приспособят генетичните апарати на редица сортове пшеница и ечемик, че те да станат пригодени за отглеждане върху тези почви. Специалистите са оптимистично настроени и не се съмняват в успеха си. Ако тези ентусиазирани колективи постигнат успех в близките няколко години, резултатът от научноизследователската им работа ще бъде наистина огромен. Защото всеки може да си представи колко универсален ще бъде резултатът — приспособените към кисели почви основни селскостопански култури ще може да се засяват в още много други райони на Земята, където има такива почви. Няма съмнение, че такова генетично приспособяване на културните растения към дадени почви ще има много по-голям икономически ефект, отколкото всички останали досегашни методи.

Истинска революция в зърнопроизводството обаче ще настъпи тогава, когато генетиците успеят да създадат самоподхранващи се с азот от въздуха селскостопански култури. В последно време големи надежди се възлагат на няколко вида южноамерикански треви, които по генетичната си структура извънредно много приличат на пшеницата и освен това имат способността да фиксират азота по естествен път. Може да се очаква, че сполучливо извършени трансгенози ще доведат до създаването на нов сорт „самонаторяваща“ се пшеница. В нашата страна също започнаха изследвания в тази област. През осмата петилетка в Единния център по биология при БАН беше разработена координационна програма, която ще обедини усилията на сътрудниците от Института по молекулна биология и Института по органична химия към БАН с Института по почвознание и повишаване на добивите „Пушкаров“ при изучаване проблемите на генетичната фиксация на молекулния азот.

Сега се обръща голямо внимание на генетичните изследвания върху пшеницата, тъй като тази култура и в бъдеще ще е от голямо значение особено за слаборазвитите страни, където количеството на животинските белтъци е далеч под необходимия минимум. Вече са създадени хиляди различни сортове пшеница, всеки един с определени качества: едни са устойчиви на студ, други на полягане от дъжд и вятър, трети са с високи само 5 см стъбла, на четвърти стъблата са по 120 см, пети са устойчиви срещу определени заболявания и т.н.

Наскоро съобщение от Богота, Колумбия, избухна като бомба сред специалистите от цял свят. В него се говореше за неизвестен доскоро вид тропическа пшеница, който би могъл да замени разпространените европейски видове. Този вид, който местните хора наричат Пепа мана — окото на света Лучия, — хилядолетия е оставал скрит от очите на ботаниците. Новооткритият вид пшеница се различава твърде много от познатите ни видове. Той има възловат и силно разклонен корен, а стъблата му стигат височина до 2,5 м с диаметър 4 см. Листата са копиевидни с тъмнозелен или светлозелен цвят и са покрити с власинки. Плодовитостта на тази пшеница е извънредно голяма, тъй като от един корен излизат по 7 стъбла, които завършват с по 8 класа. Но с това „чудесата“ на колумбийската пшеница не свършват. За разлика от обикновената пшеница и ечемика тя е устойчива на силни ветрове, бури и дъждове, а зърната й съдържат извънредно малък процент влага. Това е многогодишно растение, което се коси 4–5 пъти в годината, защото зърното узрява на всеки 90 дни! За развитието си този вид пшеница не изисква дълбок почвен слой, расте при понижена влажност и сравнително добре се развива дори върху глинести почви. Още е рано да се твърди, че е открита най-добрата пшеница на света, но отсега би могло да се каже, че тя може да стане основа за създаването на „идеалното“ зърнено житно растение, което ще увеличи чувствително добивите от тази толкова важна за изхранването на хората култура.

В последните няколко години все повече се обръща внимание на една хибридна зърнено-житна култура, която има странното име тритикале. В същност нейното име е получено от „хибридизирането“ между латинските имена на пшеницата тритикум и на ръжта секале. Създаването на такава хибридна култура беше отдавнашна мечта на селекционерите, но те дълго не можеха да я получат. В природни условия естествени пшенично-ръжени хибриди възникват извънредно рядко, но те като всички далечнородствени хибриди са почти безплодни и не могат да задържат качествата на сорта и да получат разпространение. Наследяваните от двамата „родители“ — пшеницата и ръжта — по един комплект хромозоми не могат в хибридното „дете“ да образуват двойки и затова то остава безплодно. През 1937 г. обаче бил направен първият сериозен пробив. Французинът Пиер Живодон успял да удвои хромозомите в сорта тритикале, след като обработил разсад с алкалоида колхицин. В третираните растения се получили двойки хомоложни хромозоми, способни да възпроизвеждат растението. Този процес в генетиката е известен под името амфиплоидия. Искаме да припомним на читателите, че в зависимост от броя на хромозомите си пшеницата може да бъде диплоидна, когато има 2 комплекта хромозоми в клетките си, състоящи се от по 7 хромозоми, или всичко 14 хромозоми; тетраплоидна — когато има 4 комплекта от по 7 хромозоми, и хексаплоидна — с 6 комплекта, или всичко 42 хромозоми. Пиер Живодон обработил с колхицин тритикале, получено от хексаплоидна пшеница и диплоидна ръж — един хибрид с 28 хромозоми (21 от пшеницата и 7 от ръжта), който е напълно стерилен. При удвояването на хромозомите обаче се получава хексаплоиден хибрид с 56 хромозоми, който е фертилен.

Хибридният сорт тритикале е наследил от родителите си най-ценните им качества. От пшеницата е взел високото количество на белтъците, които в него достигат до 25%, докато в пшеницата от сорт Безостая 1 например те са едва 13%. От ръжта тритикалето е взело устойчивостта към болести, студоустойчивостта, способността му да вирее на бедни и песъчливи почви и високото съдържание на аминокиселината лизин, което достига до 4,35%. Освен това зърната на тритикалето са по-едри от пшеничните и по-много в един клас — до 100 и повече, докато при пшеницата те рядко са повече от 50.

При проведените опити със селскостопански животни се установило, че хранителните качества на тритикалето са значително по-високи от качествата на всички познати досега фуражни култури и най-вече в сравнение с пшеницата, ечемика, царевицата и соргото. Тритикалето може да се използува главно като фураж (зелен или зърнен) с високо белтъчно съдържание (според някои учени хранителната стойност на белтъците му е равностойна на белтъците от месото и яйцата!) и дори са разработени технологии за получаване на хлебни продукти от новия сорт.

В България върху сортовете тритикале се работи в четири научноизследователски института. Някои линии от него значително превишават по добив пшеничния сорт Аврора. В Института по генетика при БАН има създадени линии тритикале, които са високодобивни и устойчиви на ръжда и брашнеста мана. Отличават се с високо съдържание на белтъци и лизин и с много добро съдържание на витамин Е (6,09 мг на 10 г сухо вещество), което оказва благотворно въздействие върху репродуктивните способности на животните.

Новата култура тритикале има всички шансове да се превърне в житната култура на утрешния ден. Благодарение на упорита научна и селекционна работа в много страни по света са създадени вече извънредно ценни линии тритикале. Така например в Унгария д-р Киш е получил нискостъблени линии тритикале, устойчиви на полягане. Това качество е от значение за тази култура, тъй като тя носи голям и тежък клас. Късостъблени сортове тритикале са получени в Мексико от лауреата на Нобелова награда Норман Борлауг. Той успешно е кръстосал хексаплоидно тритикале с мексиканска нискостъблена пшеница-джудже. Подобни успехи има в Швеция, САЩ, Франция и други страни.

Специалистите по растителна генетика работят и за подобряване качествата на сортовете пшеница. Нека разгледаме един пример. Известно е, че твърдата и меката пшеница (включително пролетните и зимните форми) си приличат по външен вид, условия на растеж и способност към приспособяване, но имат различен брои хромозоми. Твърдата пшеница е диплоидна — има 14 хромозоми от сериите А и В, всяка с по 7 хромозоми. Обикновената пшеница е триплоидна с 21 хромозоми от серии А, В и Д. Сериите хромозоми от А и В са подобни в двата вида и разликите в генетично отношение вероятно се регулират от хромозомите на серията Д. Така например брашното от пролетната и зимната пшеница има високо съдържание на глутен — белтък, който е извънредно важен при производството на хляб, приготвян с мая. Хлебопроизводителите рядко използуват твърдите пшеници за приготвяне на хляб, тъй като те имат лоши качества при смилане, печене и са с по-жълт цвят. Наскоро беше съобщено, че американски генетици са успели да създадат твърда пшеница с 15 двойки хромозоми, като добавили към основните й хромозоми 1 двойка хромозоми Д от разновидност на пролетната пшеница. При по-ранни изследвания три хромозоми — 1Д, 1В и 4Д — били идентифицирани като основни регулатори на глутеновото съдържание в клетката на пшеницата. Докато хромозомата 1В се съдържа и в твърдата, и в обикновената пшеница, 1Д и 4Д липсват в твърдата пшеница. Смята се, че първият от тях най-добре регулира синтезата на глутените. Затова специалистите подбрали сорт пролетна пшеница с 4 копия от хромозомите 1Д и без копия на хромозомите 1А, след което ги кръстосали със сорт твърда пшеница. Получените две първи поколения били с по 14 двойки хромозоми и те повторено били кръстосани със същата твърда пшеница. По-нататъшните кръстоски и селекцията довели до споменатата вече твърда пшеница с 15 двойки хромозоми в клетите си. Учените предполагат, че именно тези кръстоски са довели до внедряването в генома на новия хибрид на хромозомите 1Д, на които се дължат повишеното съдържание и подобреното качество на глутена.

Едновременно с работата на „нивата“ се работи и в животновъдния двор. Както вече говорихме в един от предишните разкази, преди няколко години бяха разработени теоретичните основи на технологията за получаване на пилета с увеличено тегло — така се родиха пилетата без пера. Други специалисти се занимават с кокошките-носачки. Докато едни от тях се стремят да подобрят породата на някои кокошки, които са дребни на ръст, но имат висока носливост, други по пътя на генетичната селекция се опитват да контролират съдържанието на холестерина в яйцата, т.е. да получат яйца с намалено холестериново съдържание. До този момент има частичен успех в тази област, тъй като холестериновото съдържание може да се контролира само в продължение на 1/4 от живота на носачките.

Биолозите доста отдавна успяха да предизвикат размножаване на клетки от растителен или животински произход в подходящо подбрани хранителни разтвори. Тези опити дадоха тласък за зараждането на извънредно привлекателната идея по някакъв начин да се включи наследственият механизъм на която и да е телесна клетка така, че да може тя да предаде цялостната си наследствена информация, да започне да се дели и да създаде идентично копие на организма, от който е била взета. По такъв начин не е необходим полов съюз, тъй като „бащината“ клетка притежава всичките необходими хромозоми в ядрото си.

Този метод за получаване на организми беше наречен клонинг, или метод за получаване на изкуствени близнаци (от дума с гръцки корен, която означава „изсичане“, но се употребява в смисъл на безполово размножаване за получаване на отделни клонове животни). Вече са получени клонове животни от клас Земноводни и от някои по-низши групи. Опитите за прилагането на този метод при бозайници и птици засега се натъкват на сериозни препятствия (технически трудности) и явно ще трябва да се преодоляват сложни бариери. Клонингът може да се окаже много полезен за селскостопанското животновъдство, където чрез възпроизвеждане на „близнаци“ може от едно единствено изключително ценно и високопродуктивно животно да получим хиляди абсолютно еднакви индивиди. Икономическият ефект от въвеждането на този метод в ежедневната практика би бил огромен.

Както сами можахте да се убедите, съвременната генетика и селекция вече успешно създават съвсем нов растителен и животински свят. Поради това може да се твърди, че едновременно с революцията в съвременната биология се революционизират и постиженията в селското стопанство.