Многие люди, хоть раз в своей жизни, посещали банк, возможно, чтобы внести или снять деньги, но вполне вероятно, что большинство из них никогда не были в банке семян. В этих зданиях нет денег или золотых слитков, но вместо этого хранится нечто ещё более ценное: семена или другие материалы более пятидесяти тысяч видов растений. К сожалению, это всего примерно 12,5% всего известного биоразнообразия планеты. Давление человека на природные экосистемы угрожает многим растениям, а поэтому защита огромного количества растительной жизни на Земле имеет решающее значение для обеспечения будущего планеты. Сохранение необходимо для того, чтобы выращивать достаточно нормального продовольствия для всех жителей Земли в ближайшие годы. По этой причине учёные давно подумали о замораживании семян и/или других частей растений, чтобы сохранить их в неизменном виде, сделав доступными для будущих поколений. Такие организованные хранилища также позволяют учёным изучать историю определённых растений. Кроме того, сохранённое видовое разнообразие предоставляет учёным образцы растений, необходимые для полезного изменения некоторых свойств других растений.
ДНК каждого организма содержит информацию, определяющую его уникальные характеристики. Для растений к этим характеристикам относятся форма, цвет и размер плода. Уникальные комбинации приводят к появлению тысяч видов растений — богатой растительной жизни, называемой биоразнообразием растений. Хотя часто рассуждают о биоразнообразии с точки зрения того, сколько видов существует в природных экосистемах, таких как леса или джунгли, оно также важно для видов сельскохозяйственных культур, служащих пищей для людей.
Как и люди, растения развивались из древних растительных форм на протяжении миллионов лет. Происходило это посредством эволюционных процессов, включая естественные изменения в их ДНК и человеческим вмешательством (культивирование, скрещивание, отбор самых стойких экземпляров). Очень часто наблюдательные люди выбирали, какие растения выращивать или высаживать рядом/вместе. По мере эволюции растения приобрели новые полезные способности, такие как более быстрый рост или увеличение урожайности, устойчивость к болезням или к стрессам окружающей среды (морозы, засуха, повышенная влажность).
Сегодня биоразнообразию растений Земли угрожает человеческое давление, которое не ограничивается изменением климата, загрязнением окружающей среды, утратой посевных площадей или изменением необходимой среды обитания. Уменьшение видов различных растений также уменьшает количество небольших различий между экземплярами одинакового вида, делая всех его представителей всё более схожими по многим характеристикам. Этот процесс называется генетической эрозией — так называется любой естественный или антропогенный процесс, который со временем приводит к утрате популяций. Такое положение вещей может затруднить выживание любого вида окружающей флоры. Искусственный отбор (процесс, которым управляют люди для изменения живых существ, как растений, так и животных, посредством селекционного размножения) — это способ, используемый фермерами для воспроизводства только растений с желаемыми характеристиками (быстрорастущих, способных давать больше/крупных плодов или давать фрукты с более длительным сроком хранения). Он тоже способствует генетической эрозии. Чтобы объяснить эту концепцию, представьте себе популяцию томатов с огромным биоразнообразием в виде колоды из 52 игральных карт. Каждая карточка представляет один сорт томата. Теперь представьте, что кто-то вынимает из колоды определённые карты одну за другой, пока не остаётся всего пара сортов (для открытого грунта и тепличных). Такой пример ярко отражает то, что происходит с видами растений в процессе искусственного отбора.
Что такое зародышевая плазма и почему нам нужно её сохранять?
Гермоплазма (совокупность живых генетических ресурсов, которые могут выступать носителями наследственности) относится к материалам или тканям, которые хранят ДНК и передают её из поколения в поколение. У растений зародышевая плазма состоит из любой ткани, способной вырастить целое растение, например, семян, луковиц, клубней, корней, черенков и сеянцев. Коллекции зародышевой плазмы также известны как банк семян (специальное помещение, где семена хранятся в контролируемых условиях температуры, влажности и освещённости, чтобы сохранить генетическое разнообразие растений на будущее), поскольку они представляют все собранные варианты вида растения. Защита биоразнообразия растений посредством сохранения зародышевой плазмы имеет важное значение, поскольку биоразнообразие растений сокращается с угрожающей скоростью. Изначальные многие виды растительного мира трансформируются или исчезают, а вместе с ними человечество теряет их уникальные и важнейшие свойства. Сокращение биоразнообразия растений также имеет последствия для продовольственной безопасности (концепция, что каждый человек должен иметь лёгкий доступ к доступной качественной пище, необходимой для выживания и процветания). Это означает угрозу наличию и доступности продовольствия для каждого человека в мире.
С доисторических времён наши предки всегда запасали семена растений, чтобы обеспечить будущий урожай. Идея создания банков зародышевой плазмы возникла только в двадцатом веке. Величайший ботаник-генетик Николай Вавилов, родившийся в России девятнадцатого века, понимал важность защиты биоразнообразия растений для сельского хозяйства. Этот учёный посвятил свою жизнь путешествию по миру для сбора семян/образцов диких и культурных видов. В 1921 году Вавилов основал в Петербурге Институт растениеводства, а его коллекция семян и растений была крупнейшей в мире. Среди наиболее важных видов для питания человека (таких как пшеница, фасоль, кукуруза, нут и др.) он собирал семена в тех местах, где каждый вид впервые появился на Земле. Например, семена злаков возникли более 1000 лет назад на территории Плодородного полумесяца на Ближнем Востоке.
Работа Вавилова была осложнена политикой советского правительства того времени, которое не поддержало научные исследования. Вавилов утверждал, что биоразнообразие растений имеет решающее значение для долгосрочной продовольственной безопасности, которая, по его мнению, является правом человека. За свои идеи он был арестован и скончался в тюрьме. Его драгоценная и героическая работа вдохновила последующих исследователей, что привело к созданию многих современных банков зародышевой плазмы.
Сохранение растений может осуществляться в коллекциях, ботанических садах и банках семян. Последние – это обычно защищённые здания, расположенные вдали от мест обитания многих видов растений. Они могут представлять собой, либо небольшие участки исследовательских центров, либо здания, используемые только для сохранения зародышевой плазмы. Для лучшей сохранности семян их помещают в закрытые контейнеры, защищённые от света и влаги. Вся коллекция должна быть маркирована для облегчения идентификации. Семена обрабатывают специальными химикатами, чтобы на них не размножались микроорганизмы. Все эти задачи выполняют специализированные работники в специальных лабораторных стерильных условиях. Условия внутри таких помещений чрезвычайно важны. Температуру необходимо поддерживать около 2°C, чтобы растительные материалы не разлагались. Для долгосрочной консервации необходима криоконсервация — это означает хранение зародышевой плазмы в очень холодных морозильных камерах (-80°C) или в жидком азоте (-196°C).
В настоящее время самым крупным и технологичным банком семян является Всемирное семенное хранилище Шпицбергена, которое находится на острове в Северном Ледовитом океане. Оно представляет собой убежище максимального уровня безопасности, способное пережить такие катастрофы, как наводнения, землетрясения, пожары и даже ядерные взрывы. Этот объект был построен при поддержке ООН и множества стран. Такое надёжное хранилище предлагает безопасное, бесплатное и долгосрочное хранение максимального количество генетического растительного материала. Депонированная зародышевая плазма остаётся исключительной собственностью депонентов, которые могут забрать свой материал в любое время.
Недавнее оценочное исследование показало, что в мире насчитывается более 7 миллионов образцов хранения от, примерно 50 000 видов растений. Все они хранятся в более чем 1700 специализированных хранилищах по всему миру. Но типы этих хранилищ различаются по структуре, размеру и направленности. Банк семян обычно существует и финансируется как государственное учреждение, под эгидой исследовательских институтов и природоохранных организаций. Они создавались как некая страховка для всего мирового сообщества, потому они могут обеспечить будущую продовольственную безопасность.
Управлять всеми этими организациями с хранящимися в них образцами весьма непросто. Одной из основных задач является выбор лучших представителей для сохранения и создания коллекций, которые представляют большую часть всех генетических вариаций на Земле (без большого количества идентичных образцов). К счастью, появился новый лабораторный метод под названием технология секвенирования. Его принцип, в совокупности с появлением биоинформатики, позволяет сравнивать последовательности ДНК многих растений, чтобы выявить закономерности вариаций. Раньше каждый образец требовал много времени на обработку и сравнение ДНК, но теперь, с появлением серверных решений в мощных современных дата-центрах, а также нейросетей – этот процесс происходит очень быстро – за какие-то минуты. В результате получается что-то вроде штрих-кода ДНК, который уникально идентифицирует каждый образец.
Такое штрих-кодирование ДНК позволяет быстро и всесторонне оценить весь набор растений даже внутри одного вида. Мощный искусственный интеллект, по многим прямым и косвенным признакам, позволяет отобрать уникальные образцы. Удивительный факт, но биоразнообразие не только защищает от изменения климата, помогает бороться с болезнями, поддерживает социум, сохраняя культуру и образ жизни, но также приносит экономические выгоды. Все эти причины подталкивают правительства развитых стран собирать и сохранять максимально возможные коллекции разных представителей флоры. Эта задача является глобально-значимой, затрагивающей всё человечество.
