Еще один пример – основанный на обмене информацией взаимовыгодный симбиоз между бобовыми культурами и азотфиксирующими бактериями. Наряду с некоторыми другими бактериями эти микроорганизмы обладают чрезвычайно полезной способностью – они связывают атмосферный азот и превращают его в аммиак (NH3) путем разрыва связи между двумя атомами азота в газообразной молекуле N2.

Азот – важнейший элемент, обеспечивающий плодородность почвы (вот почему многие удобрения основаны на соединениях азота). Хотя воздух, которым мы дышим, на 80 % состоит из азота, этот газ инертен и напрямую не может быть использован растениями или другими живыми существами, за исключением некоторых микроорганизмов, таких как азотфиксирующие бактерии. Эти бактерии умеют превращать газообразный азот в различные соединения, такие как аммиак, которые легко поглощаются растениями. Так что эти бактерии – настоящие природные удобрения. Взамен внутри корней они получают идеальную среду для роста и обилие сахаров – еще один пример взаимовыгодного сотрудничества, основанный на коммуникации и распознавании.

Однако растения рады далеко не всем бактериям; многие бактерии являются патогенами, против которых растения выстраивают непреодолимый барьер. До начала сотрудничества азотфиксирующие бактерии вступают с корнями в долгий и сложный химический диалог. Эти «переговоры» всегда начинаются с выделения бактериями сигнала, называемого NOD-фактором (от англ, nodulation —клубнеобразование), распознавание которого растением является первым этапом для допуска бактерий к корням.

Описанные выше примеры симбиоза основаны на обмене информацией между симбионтами – участниками симбиотических отношений (бактериями и бобовыми растениями в последнем примере) – и не могут происходить при отсутствии долгосрочной и отработанной практики. На самом деле подобные отношения возникают не только между растениями и низшими организмами. Некоторые симбиотические связи оказались столь важными, что составляют основу и нашей жизни.

Вот один пример. Митохондрии – энергетические станции наших клеток (точнее, всех растительных и животных клеток). Без этих внутриклеточных органелл невозможно существование высших форм жизни. Так вот, исследования показали, что митохондрии возникли в результате симбиоза – в данном случае между клетками[7] и примитивными бактериями с активным окислительным метаболизмом (другими словами, способными производить энергию). Бактерии и эти клетки вступили в симбиотические отношения, выгодные для обеих сторон (клетки получили энергию, а бактерии – все, что им требовалось для жизни), и в какой-то момент бактерии оказались включенными внутрь клеток. Симбиотическое происхождение митохондрий подтверждается многочисленными данными. Прежде всего, митохондрии сохранили многие типичные признаки бактерий, такие как бактериальные мембраны. Кроме того, как и бактерии, они содержат замкнутую кольцевую ДНК. Наконец, и это, пожалуй, является самым важным доказательством, митохондрии реплицируются независимо от хозяйских клеток. В нескольких исследованиях была доказана основополагающая роль этих ранних симбионтов в эволюции сложных форм жизни.

Таким образом, симбиотические отношения имеют чрезвычайно большое значение для всех форм жизни на нашей планете, включая человека. Если бы мы научились воспроизводить некоторые из них, мы достигли бы невероятных результатов. Например, если бы нам удалось перенести симбиотические отношения между азотфиксирующими бактериям и бобовыми растениями (к которым относятся, среди прочих, соя, нут, чечевица, зеленый горошек и бобы) на другие продовольственные культуры, мы бы в корне изменили возможности сельского хозяйства.

Представьте себе: больше нет азотных удобрений, не загрязняются почва, грунтовые воды, реки и океаны, Адриатика не зарастает водорослями, а урожай растет, и население планеты удается прокормить, не заражая атмосферу: в реализацию этой мечты стоит вложить средства, ради этого стоит интенсифицировать исследования, причем сделать это нужно быстро, чтобы избежать необратимых последствий.

С момента окончания Второй мировой войны и до сегодняшнего дня урожайность продовольственных культур и плодородие почв постоянно росли, главным образом благодаря так называемой зеленой революции 1960-х гг. При помощи химических удобрений и создании новых, более урожайных и устойчивых к заболеваниям сортов растений эта модернизация привела к расширению площади культивируемых земель и повышению урожайности ранее использованных земель.

Но сегодня тенденция роста урожайности остановилась. Впервые за 60 лет площадь обрабатываемых земель не только не растет, но сокращается из-за климатических изменений, в то время как население планеты продолжает расти.

Как нам прокормить самих себя? Задача ближайших десятилетий – найти способы осуществления новой зеленой революции, которая вновь позволит повысить урожайность, но без ущерба для окружающей среды. Вот почему перенос симбиотических отношений между азотфиксирующими бактериями и бобовыми культурами на другие продовольственные культуры был бы истинным прорывом в сельском хозяйстве. Способность растений передавать информацию поможет нам прокормить человечество!

Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru