Слизкие сосисы гигантского маиса сосут азот прямо из воздуха

Едва ли кукуруза планировала отращивать на стеблях ожерелья из сопливых пенисов, когда давала добро индейцам на свое окультуривание. Да и сами индейцы, пожалуй, не ожидали подобного результата. Но факт остается фактом: в округе Сьерра-Михе на востоке штата Оахака (Мексика) растет удивительная разновидность маиса с пальцевидными воздушными корнями цвета спелой редиски, обильно укутанными прозрачной слизью, в которой живут бактерии. Эти микробы помогают растению удобрять само себя, фиксируя азот непосредственно из воздуха.

Покрытые слизью воздушные корни маиса из Сьерра-Михе (Мексика). У кукурузы обычных сортов тоже есть одна-две группы воздушных корней, но они расположены у самой земли и никогда не достигают размеров сардельки. Фото: Alan Bennett.

Кукуруза (Zea mays) была одомашнена около 9000 лет назад на юге Мексики – это один из мировых центров разнообразия культурных растений, и сегодня там встречается много уникальных сортов, неведомых белым людям. В 1980 году агроном Говард-Яна Шапиро искал там и собирал эти сорта по заданию мексиканского правительства, когда прознал об удивительном гигантском и слизком маисе, который люди из Сьерра-Михе выращивают на бедных азотом почвах почти без всяких удобрений – и он тем не менее умудряется вырастать на пять метров в высоту, вгоняя в комплексы стандартные трехметровые разновидности кукурузы.

Уже тогда Шапиро подозревал, что растение способно фиксировать азот из воздуха и сверкающая слизь имеет к процессу непосредственное отношение. Но с технологиями того времени проверить гипотезу было нереально, так что другие ученые в ответ на его восторженные рассказы лишь недоверчиво качали головой и улыбались гаденькой скептической улыбкой. «Я заводил речь об этом маисе, а Алан говорил: это невозможно, – вспоминает Шапиро. – Я настаивал, что это возможно, но не знал, как это доказать». В 2008 году ученому удалось-таки уговорить Алана Беннетта из Калифорнийского университета в Дейвисе (США) съездить с ним в Сьерра-Михе. Узрев маис, ботаник был ошеломлен. «Беру свои слова назад, – покаялся он. – Тут явно творится что-то необычное».

Чтобы выяснить, что это за чертовщина такая слизчато-сосисчатая, научная группа Беннетта использовала современные технологии секвенирования ДНК. Ей удалось показать, что в слизи присутствуют азотфиксирующие микроорганизмы (были обнаружены гены, необходимые для фиксации азота) и, судя по всему, они там чувствуют себя вполне вольготно – слизь предоставляет самые комфортные условия для процветания микробов: целый ассортимент вкусных сахаров, защита от кислорода, джакузи с подогревом и массажем.

«Воздушные корни со слизью, в которой живут азотфиксирующие микробы, – если бы я увидел такое в каком-нибудь эпизоде «Звездного пути», то, честно говоря, назвал бы все это немного надуманным», – прокомментировал открытие эволюционный биолог Джереми Йодер. Фото: Jean-Michel Ané.

Затем с помощью пяти разных тестов ученые подтвердили, что микробы действительно фиксируют азот и он потом попадает в само растение. Что удивительно, маис получает таким способом от 29 до 82% усваиваемого азота! «Наше исследование длилось десять лет, и мы с высокой степенью уверенности можем утверждать, что доложенные нами результаты корректны», – говорит Беннетт.

В настоящее время исследователи пытаются идентифицировать гены, которые позволяют маису из Сьерра-Михе отращивать слизистые корни-сосиски и привлекать к симбиозу правильных бактерий. Да и на самих этих бактерий тоже хотелось бы взглянуть, а то пока непонятно, кто из обитателей слизи является симбионтом-азотфиксатором, а кто обычным приживалой. «Мы изолировали тысячи микробов, но не знаем, то ли два вида по-настоящему важны, то ли сотня», – признается Беннетт.

Початки гигантского маиса из Сьерра-Михе достигают размеров кабана! Но это не точно. Фото: Alan Benett.

Важным аспектом исследования стало зафиксированное на бумаге сотрудничество ученых с общинами Сьерра-Михе. Между Калифорнийским университетом и правительством Мексики было заключено соглашение, по которому любая прибыль, полученная от коммерциализации результатов работы, будет разделена с жителями округа согласно Нагойскому протоколу, принятому в том числе с целью противодействия биопиратству. «Это так же важно, как и само открытие», – считает Шапиро.

«Этот народ сильно привязан к своему маису и гордится им, – говорит Жан-Мишель Анэ, профессор Висконсинского университета в Мэдисоне и один из авторов исследования. – Местные крестьяне даже собирают слизь и хранят ее дома в баночках. Они используют ее в разных ритуалах. Они знают, что эта слизь особенная – чем больше маис ее производит, тем лучше он растет».

С благословения народа Говард-Яна Шапиро уже ищет компанию, которая возьмется за коммерциализацию открытия. Выращивать сам гигантский маис коммерчески не очень выгодно, поскольку он созревает целых восемь месяцев, а то и дольше. Но если его сверхспособности удастся путем скрещивания или трансплантации слизи «привить» стандартным сортам кукурузы, созревающим за три месяца, то это будет настоящий сельскохозяйственный прорыв.

Один из соавторов исследования Хавьер Лопез на маисовом поле в Сьерра-Михе. Фото: Allen Van Deynze.

Агрономы годами пытаются создать фиксирующие азот злаки методами генной инженерии, но безуспешно. В отличие от бобовых, чьи корни состоят в симбиозе с клубеньковыми бактериями, умеющими связывать атмосферный азот и превращать его в усвояемый растениями аммиак (это и есть фиксация), злаки получают азот из минеральных веществ почвы. Вот почему приходится ежегодно снабжать злаковые посевы десятками миллионов тонн азотных удобрений, на производство которых тратится немалая доля мировой энергии, полученной от сжигания топлива (1–2% для одной только кукурузы), – а потом еще их излишки нарушают минеральный баланс и вызывают цветение водорослей, которые при последующем разложении забирают из океана уймы кислорода, отчего морская живность благополучно задыхается.

Создание кукурузы и других злаков, способных к самоудобрению при содействии симбионтов-азотфиксаторов, значительно снизит как энергетические затраты, так и экологический вред, а для регионов с обедненными азотом почвами и развивающихся стран, которые не в состоянии обеспечить себя удобрениями (разве что навозом), это просто спасение. К тому же итоговая продукция наверняка покажется приемлемой тем гражданам, которые негативно настроены по отношению к генно-модифицированным организмам, – главное не показывать им картинку с сопливыми пенисами.


Текст: Виктор Ковылин. Научная статья: PLoS Biology (Deynze et al., 2018)

Все права на данный текст принадлежат нашему журналу. Если вам понравилось его читать и вы хотите поделиться информацией с друзьями и подписчиками, можно использовать фрагмент и поставить активную ссылку на эту статью – мы будем рады. С уважением, Батрахоспермум.

Вас также могут заинтересовать статьи:
Как стать хорошим микробом-симбионтом
Арифметика бамбука
Противоядие с ядом растут друг с другом рядом


Комментарии:

Высказать свое мудрое мнение