Господин Свещаров
Биология за всички (24)

Зелените лаборатории на планетата

Съществуването и развитието на живота върху земята в сегашната му форма е възможно само благодарение на растенията. Тяхното бързо разпространение върху нашата планета е спомогнало за натрупване на голямо количество кислород в атмосферата — една твърде важна предпоставка за възникването на съвременните животински видове, чието съществуване е немислимо без наличието на кислород.

Растителните организми имат уникалното свойство да синтезират хранителни вещества, като с помощта на хлорофила от зелените органоиди (хлоропластите) и на слънчевата енергия преобразуват водата и въглеродния двуокис от въздуха в органична материя. По този начин в процеса на хилядолетната еволюция те са успели да хвърлят един огромен „зелен“ мост на енергията от Слънцето към Земята. Затова се и казва, че всички ние сме храненици на мълчаливия свят на зелените растения. Те са тези, които докарват Слънцето на човешката трапеза.

Днес растенията хранят и обличат четиримилиардното население на земята. Те пречистват въздуха, който човечеството в последните години все повече замърсява с отделящите се при индустриалните производства отровни газове. От растенията се добива дървен материал за отопление и за изработване на мебели, от други видове се получават лекарствени препарати и т.н. Всички растения, като се започне от микроскопичните представители на растителния планктон в Световния океан, от огромните кафяви водорасли, от цветята и тревите по ливадите и се стигне до гигантските дървовидни секвои, евкалипти и баобаби, са тясно свързани с нашето ежедневно съществуване и играят еднакво важна роля за запазване на общото равновесие в живата природа.

Човекът и растенията са били неразделни спътници още от появата на Хомо сапиенс. Няма съмнение, че нашите най-далечни прадеди са се появили в горите и по силата на съществуващите тогава обстоятелства са се хранили предимно с растителна храна. С течение на времето първобитните хора завладявали все по-големи площи от земята и включвали в ежедневното си меню нови и разнообразни растения. От първобитния човек ние сме наследили зърнените култури, овощарството и лозарството. Учените са намерили неоспорими доказателства, че за пръв път нашите далечни прадеди са поставили наченките на съзнателно отглеждане и развъждане на културните растителни видове в планинските райони. Хилядолетия по-късно са се появили добре познатите на всички ни от историята културни земеделски селища, оформили се в долината на големите реки Тигър, Ефрат, Нил, Ганг, Жълтата река и др. Хората от тези цивилизации са могли вече да се похвалят с много добре развито земеделие.

Интересно е да се знае, че най-много културни растителни видове, които днес се употребяват за храна от хората, са дошли от Азия, Африка и Америка. Европа е дала на човечеството два или може би най-много четири вида. Особено бедна на полезни растения е флората на Австралия, където до идването на белите заселници и внасянето от тях на културни сортове растения местното население въобще не е познавало земеделието и наред с месната храна е консумирало само корени, листа, грудки и семена от някои диворастящи видове.

Първоначално земеделието на ранните цивилизации е било със затворен характер, т.е. имало е ясно обособени ареали, в които са се отглеждали само типични за даден район хранителни видове. Постепенно с развитието на търговията, с нашествията и войните тези „затворени“ ареали започнали да загубват строгите си очертания и разпространението на културните растения придобило повсеместен характер. Финикийците са изиграли историческа роля в това отношение. Техните построени от ливански кедър кораби обикаляли цялото Средиземноморие, навлизали в Черно море и вероятно са посещавали Индия и Зондските острови, извършвайки плаване около Африка.

Разпространяването на растенията по света станало възможно благодарение на оформилите се вече търговски пътища, по които непрекъснато вървели натоварени със стока кервани. Главните стоки на тези кервани били продукти от растителен и животински произход. По огромни разстояния и на определени пунктове преди крайната цел се пренасяли най-различни сушени плодове, семена или клубени, които се засявали по нивите и градините. Някои видове били разпространени несъзнателно от човека при неговите нашествия в чужди земи или при преминаването на огромни стада от една страна в друга, като семената полепвали по козината, вълната или краката на животните. Изключително големи заслуги за разпространяването на множество азиатски културни видове растения в Европа имат арабите, които като отлични търговци пренесли през VII–VIII в. от н.е. ориза, захарната тръстика, памука и цитрусовите плодове на нашия континент.

Според проф. Жуковски произходът на много от съвременните културни видове се свързва с Източна, Южна, Средна Азия и Задкавказието. Цялата тази огромна територия е заета от гигантски планински масиви. В нея има богати речни долини и най-разнообразен климат — от сух, влажен, тропичен и субтропичен до умереноконтинентален и студен.

Ние наистина няма за какво да завиждаме на трапезата на европейците от средните векове. Всички подправки от растителен произход, като черен пипер, бахар, дафинов лист, индийско орехче, канела и др., чрез които придаваме приятен и пикантен вкус на съвременните кулинарни изделия, в онези времена са били съвсем непознати за голяма част от населението и затова много от приготвяните тогава ястия имали блудкав и не особено приятен вкус. Макар нашите предшественици да са отглеждали най-старателно основните и най-продуктивни сортове житни и маслодайни растения, трапезата им е била бедна на растителна храна и доста еднообразна. В подкрепа на това могат да се приведат следните любопитни примери.

Доматите са пренесени от Америка е Европа от испанците и дълго време са се отглеждали като декоративни растения. Хората се страхували да ги ядат, защото ги смятали за отровни. Когато се уверили, че плодовете на растението са безвредни, първоначално започнали да консумират само зелените плодове. В България това продължило чак до идването на руските войски през 1877 г., когато нашите прадеди се убедили, че зрелите плодове на домата са много по-вкусни и полезни. От този момент започва масовото разпространение в нашата страна и в други страни на Европа на това растение, което сега заема огромни площи в зеленчуковите градини и парниковите полета на континента.

Днес вече е известно, че царевицата е била растението, осигуряващо преди 5000 години основната храна на населението на целия американски континент. В Европа тя е била пренесена през XIV в. от хората на Христофор Колумб. Дълги години царевицата е била отглеждана също като декоративен вид, но когато попаднала в ръцете на турците, те бързо разбрали нейните изключително ценни хранителни качества и растението се разпространило в пределите на турската империя под името „турско жито“.

По такъв начин царевицата намерила втората си родина и у нас, а впоследствие чрез португалците е била пренесена в Индия, оттам в Китай, на о-в Ява и т.н.

Приблизително същата история има и друго растение, чиито клубени днес са основна храна на много народи на стария континент — картофите. Първите количества от това растение били докарани към средата на XV в. от Чили и дълго време испанците се радвали на хубавите му цветова. Едва 100 години по-късно населението на Европа разбрало за чудесните хранителни и вкусови качества на картофите и започнало масово да ги сади. В България картофите започват да се отглеждат доста късно. Пренесени от Румъния чрез лясковски градинари, народът дълго време ги е наричал „влашки боб“.

Както на царевицата, така и на картофите европейците са дали пътен паспорт към Северна Америка, Азия, Африка и Австралия.

Жителите на американския континент трябва да бъдат много благодарни на европейците, които преди повече от 450 години пренесли със себе си семената на пшеницата и научили местното население да приготвя непознатия дотогава за тях вкусен и хранителен пшеничен хляб. Същото се отнася и за Австралия, където първите пшеничени ниви били засети едва към края на XIX в.

Интересна съдба в Европа има едно друго растение, което заради извънредно ценните качества на семената му е било наречено шеговито „зелената крава“. Касае се за соята, която от незапомнени времена е била отглеждана от китайците. Европа станала нейна втора родина едва през XVIII в., но дълго време селяните не искали да я отглеждат, тъй като не знаели как да приготвят ястия от плодовете й. Впоследствие европейците разбрали грешката си и останали възхитени от вкусовите качества на соята. От зелените шушулки се приготвя вкусно ястие като от зеления фасул, но все пак най-ценни са зрелите семена. От тях се получава великолепно масло, което се използува за храна и в индустрията. От обезмаслените семена се получава брашно, което служи за приготвяне на много вкусен соев хляб и сладкиши.

Сварени и смлени, соевите зърна по вкус наподобяват свинско или агнешко месо. При по-специална технология от тях вече се приготвят различни ястия. А когато соевите зърна се смелят и залеят с вода, от тях се получава мляко, което не се отличава съществено по цвят и вкус от кравето. Днес соята е широко разпространена и с нея са засети милиони декари обработваеми площи.

Независимо от почти повсеместното разпространение на основните културни растителни видове географските условия на всяка страна определят и производството на основните храни от растителен произход. А на много места по земята местното и предимно не особено високо цивилизовано население все още продължава да консумира растителна храна от някои диви видове растения, които за високоразвитите страни нямат голям икономически ефект, висока хранителна стойност и добри вкусови качества. Трябва веднага да се отбележи, че за разлика от животинския свят, който видово е много по-богат и предлага на човешката трапеза значително по-голямо разнообразие, за растителните видове не може да се каже същото. Общо до този момент ботаниците са открили и систематизирали около 500 000 растителни вида, но от тях хранителните видове достига едва 2900, а отглежданите от човека всички полезни видове са около 20 000 за цял свят. В България за храна и други цели се отглеждат към 100 вида.

Ботаниците от цял свят със съжаление констатират, че всички растения, от които човек може да извлече полза за себе си и най-вече тези, които спадат към хранителните видове, са вече най-подробно изучени и се използуват най-рационално. Нови растителни видове със споменатите качества засега не са намерени. Съществува слаба надежда, че във все още непроучените огромни територии на джунглите в Африка, Азия и Южна Америка може да се открият някои непознати за учените растителни видове с ценни качества. Тези растения обаче едва ли ще могат да придобият повсеместно разпространение по земята, тъй като те трудно биха се аклиматизирали вън от тропичния климат.

На науката са известни някои видове растения, които в определени страни са отровни, а в други — не. Така например известната у нас сиротица (Грациола официналис) навсякъде в литературата е описана като отровен вид, но овчарите по дунавското поречие от дългогодишни наблюдения са забелязали, че за селскостопанските животни в този район сиротицата е полезна и силно увеличава млеконадоя им. Същото се отнася и за познатата на всички ни овчарска торбичка (Капсиела бурса пасторис), за която се знае, че съдържа отровния алкалоид бурцин и едно производно на етаноламина, наречено холин. На други места по земята, особено в Китай, овчарската торбичка се смята за хранително растение и младите стръкове се употребяват за салата. По същите причини в някои страни младите растения на глухарчето (Тараксакум официнале) също се използуват за приготвяне на вкусна салата. У нас на много места населението употребява глухарчето за салата, но в други държави салата от глухарче е въобще непозната, тъй като това растение там е отровно. Подобни противоречия при консумирането на едно и също растение в различните райони на света произтичат от местните екологични условия, от годишния сезон, през който се бере растението, от едва различимите вариетети на вида и в крайна сметка — от индивидуалните свойства на консумиращия организъм.

Населението на земята от година на година все повече се увеличава и според данни на ЮНЕСКО в 2000 година то ще надхвърли колосалната цифра от 6 милиарда души. И макар най-оптимистично настроените учени да доказват, че обработваемите площи на земята, засети с високодобивни сортове, са в състояние да изхранят дори 30 милиарда души, още отсега се търсят нови източници на пълноценна растителна храна и възможности за получаване и отглеждане на по-високодобивни видове културни растения.

Като особено перспективни в това отношение се смятат водораслите, някои видове от които са цели фабрики за белтък. В тях се натрупват вещества с висока хранителна стойност, тъй като с помощта на хлорофила си те синтезират белтъци, мазнини, въглехидрати, витамини и други биологично активни вещества. Много интересни данни се получават, когато се сравни продуктивността на водораслите с тази на известните зърнени видове, които съдържат от 6 до 12 на сто белтъци и при изключително добра реколта и висока агротехника дават до 40–50 центнера (към 250 кг) от декар. Водораслите съдържат повече от 50% белтъци, а продуктивността им от декар превишава десетки пъти тази на зърнените храни. Освен това растежът на водораслите може да се управлява, като във водната среда се добавят необходимите за целта вещества.

Идеята за използуване на водораслите като храна за хората и селскостопанските животни датира от няколко десетки години. Първите опити започнаха с придобилата вече голяма известност хлорела и някои други видове, отнасящи се към зелените едноклетъчни водорасли. Интензивните изследвания в това направление се водят в много страни по света, включително и в България.

От 1962 г. големи надежди се възлагат и на друго водорасло — спирулината. Някои африкански племена, живеещи около езерото Чад, събират от повърхността на плитките водоеми големи количества от тези синьо-зелени водорасли, изсушават ги на пясъка и ги употребяват за храна. Има предположения, че това водорасло е влизало в менюто на древните ацтеки. Сега френският институт за нефта съвместно с една мексиканска фирма е построил в Мексико басейни за изкуствено отглеждане на спирулина. Резултатите били доста обнадеждващи — получената спирулина съдържала всички важни за човека аминокиселини, витамини (включително и твърде ценния витамин B₁₂) и много малко мазнини. Освен това водораслите спирулина са значително по-големи от хлорелата и реколтата лесно се събира чрез просто филтруване. Смята се, че в бъдеще спирулината успешно ще може да конкурира соевото брашно и обезмирисеното рибено брашно. Мексиканският национален институт по хранене дори е включил в своята програма използуването на спирулината в храната на децата (фиг. 17).

Фиг.17. Едноклетъчни морски водорасли.

Бъдещето ще покаже дали отглеждането на водорасли в промишлени мащаби има оправдание и доколко биха се харесали на хората бифтеците от спирулинов белтък или пък хляб, в който има примеси от водораслово брашно (фиг. 18). По всяка вероятност учените ще успеят да се справят с някои трудности, свързани с традиционния вкус и предубеждение на хората (нека си припомним отрицателното отношение в миналото към широко употребяваните днес домати, картофи, соя и др.).

Фиг.18. Кафяви морски водорасли.

Сега друг, много по-важен въпрос вълнува селекционерите от цял свят. Развитието на молекулната биология разкри много от тайните на наследствеността на организмите, механизмите на белтъчната синтеза в клетката и подсказа на учените възможности за намеса в процесите на интимното развитие на организма.

Както вече е известно, наследствените признаци на организма се определят от гените — структурни участъци в хромозомите, — които от своя страна са изградени от сложните молекули на ДНК. Хромозомите, разположени в ядрата на зародишните растителни клетки, съдържат в себе си тези именно гени, които впоследствие ще определят студоустойчивостта, продуктивността, неполягането на стъблото, устойчивостта към болести и други подобни признаци на интересуващото ни културно растение. За най-голямо съжаление обаче всички гореизброени гени са разхвърляни в различни сортове на растението. Комбинирането на тези гени по определен начин днес се постига с помощта на кръстосването на различни сортове и отбор на получените хибриди — работа дълга, сложна и изискваща голяма прецизност на опита. От друга страна, една голяма част от най-добрите и високодобивни сортове културни растения са получени по този път. Какво трябва да се направи в бъдеще?

Преди всичко на ботаниците предстои още не малък труд по издирването, описването и задълбоченото проучване на редица диви растения, които могат да се окажат ценни в бъдещата работа на селекционерите. По такъв начин ще се натрупа богата колекция от гени, при комбинациите на които в крайна сметка ще могат да се създадат растения с нови и много по-ценни качества.

Новите успехи на науката поставят пред селекционерите и принципно нови задачи. На човека не е необходимо вече каква да е храна. Съвременният човек се нуждае от храна, в която белтъците, мазнините, въглехидратите и другите вещества да са строго балансирани. Особено важни са белтъците. Но и влизащите в състава на пшеничните зърна белтъци също не са равностойни. Най-полезни за хората са тези, в чиито състав влиза максимално количество от т.нар. незаменими аминокиселини, които се образуват в животинския организъм, каквито са например лизинът, триптофанът и метионинът. По тази причина наред с високите добиви новите сортове трябва да се отличават и с високо съдържание на най-ценните белтъци. Затова се налага учените още много пъти да се връщат към световната колекция от гени, за да открият в нея такива, които ще създадат белтъци с необходимия ценен аминокиселинен състав. Бъдещите пшеничени ниви ще могат да дават на човечеството хляб с предварително „програмирани“ биохимични качества.

В това направление много добре се работи във Всесъюзния институт по растениевъдство „Н. И. Вавилов“ в СССР. Под ръководството на самия акад. Вавилов в миналото са извършени редица експедиции и е създадена уникална и най-голяма в света колекция от живи растения. В нея има 175 000 сортове, разновидности и форми растения.

Вероятно не е много далеч времето, когато синтезирани по изкуствен начин гени ще бъдат пренасяни до вътрешността на растителните клетки. По такъв начин бъдещите учени ще могат да влияят на растежа, развитието и плодовитостта на растенията. Една такава „хирургия“ на молекулно ниво ще спести на учените преди всичко дълги години селекционна работа и ще позволи да се въздействува по-точно на желаното направление — повишаване на студоустойчивостта, невъзприемчивост към болестотворни вируси или бактерии, увеличаване съдържанието на белтъци или захари в плодовете и т.н. Нещо повече — пълното разкриване и овладяване на тайните на фотосинтезата ще бъде от изключително голямо значение за хората, тъй като ще могат да се получават огромни количества хранителни вещества на извънредно ниски цени.

Докато се стигне до този все още далечен етап в развитието на биологичните науки, за днешните биолози най-важни остават естествените растителни ресурси на планетата ви. В тях са скрити тайните на растителния генетичен фонд на Земята. За нас те са онези величествени зелени лаборатории на природата, чиито фини и извънредно сложни биологични механизми ние упорито се стремим да овладеем.