Теории про «ведьмины круги»
«Ведьмины круги» встречаются в очень засушливых зонах южной Африки, а также недавно их обнаружили в пустынях Австралии. Диаметр «мертвых» окружностей может быть от двух до сорока метров. При этом круги время от времени мигрируют, то исчезая, то появляясь в разных местах с периодичностью в несколько десятков лет. Существует несколько гипотез, почему возникает этот природный феномен.
Пару лет назад была очень популярной версия о том, что это результат активности термитов. Насекомые съедают корни и семена растений, а когда есть уже нечего, колония погибает и «обглоданная» земля постепенно вновь зарастает травой. Однако исследователи так и не смогли понять, почему же термиты предпочитают размножаться и жить только на кругообразных площадях и не расширяют свои владения, когда ресурсы кончаются.
Другой вариант связывает деятельность термитов с борьбой растений за выживание. Ценная вода скапливается в туннелях, прорытых насекомыми. Растения стремятся размножиться над этими тоннелями, а потому серьезно конкурируют между собой. Поэтому они обильно растут по краям термитных владений, но пробиться дальше очень сложно и это, судя по гипотезе, никому не удается.
Еще одна теория говорит о том, что все дело в саморегуляции растений. Выпадающие в пустынях осадки текут по прогалинам к тем местам, где растений больше, стимулируя их рост. Но опять-таки не понятно, почему эти прогалины круглой формы и почему вода не может распределяться равномерно по поверхности земли? Кроме того, были и предположения о том, что круги появляются из-за действия радиации, принесенной астероидными дождями, или из-за действия газов, которые просачиваются из-под земли.
Виноваты микроорганизмы
Команда ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (ВНИИСХМ) прорабатывает гипотезу о том, что «ведьмины круги» образуются в результате деятельности микроорганизмов. Ученые заметили, что круги появляются на местах, где когда-то жило растение эуфорбия. После того, как оно погибает, почва вокруг становится непригодной для жизни других растений.
«Например, во Франции растут черные трюфели. В области над ними можно наблюдать подавление растительной активности. Трава растет, но при этом невысокая в сравнении с той, которая находится за пределами площади распространения грибов. Оказалось, что в трюфеле есть определенные белковые последовательности, которые отвечают за подавление роста растений. Соответственно, эту последовательность можно выделить и исследовать, как именно она влияет на рост растений», — сказал магистрант кафедры технологии мясных, рыбных продуктов и консервирования холодом Университета ИТМО Сергей Мишин, который работает над исследованиями эуфорбии.
Случай с «ведьмиными кругами» может быть похож на пример с трюфелями. Было обнаружено, что на корнях эуфорбии обитают микроорганизмы, которые находятся в симбиозе с растением. Это значит, что микроорганизмы выделяют для растения какие-либо гормоны, витамины, а растение кормит их сахарами или кислотами. В результате такого симбиоза могут выделяться побочные продукты — например, какие-либо белковые последовательности. И именно эти вещества ответственны за вымирание растительности. При этом за пределами круга эуфорбия может прорастать без помощи микроорганизмов. Соответственно, побочные продукты их симбиоза не выделяются в землю и не губят жизнь в почве.
Ученые лаборатории технологии микробных препаратов ВНИИСХМ сейчас работают с образцами почвы из «ведьминых кругов» пустыни Намиб, взятых с поверхности, из глубины 30 сантиметров, а также за пределами кругов. Из образцов выделены чистые культуры микроорганизмов, которые идентифицируются с помощью молекулярно-генетических методов и изучаются на наличие определенных свойств. Уже проведены исследования по поводу того, насколько сильно они подавляют или стимулируют рост растений, в частности, кресс-салата, сообщил Сергей Мишин. Для исследований используется именно этот однолетник, потому что он чувствителен к действию микроорганизмов и быстро растет. Если обнаружится, что микроорганизмы из африканской почвы губят его, то полученный биогербицид будет протестирован и на сорняках. Пока же научная работа находится на стадии лабораторных экспериментов. Скоро наступит сезон полевых работ, и магистранты Университета ИТМО начнут проводить эксперименты в тепличном комплексе.
Для чего нужно изучать «ведьмины круги»
Цель лаборатории технологии микробных препаратов — это получение новых способов повышения эффективности и биологизации сельского хозяйства. Благодаря исследованиям действия микроорганизмов из «ведьминых кругов» ученые надеются получить новый биогербицид, который поможет бороться с сорняками. Если окажется, что выделенные микроорганизмы подавляют рост тех или иных сорных растений, то их можно будет использовать вместо химических гербицидов, которыми на сегодняшний день обрабатывают поля.
Например, несколько лет назад в Нидерландах нижний ярус лесов начал заполнять кустарник черемухи поздней (Prunus serotina). Это портило внешний вид леса и нарушало экологический баланс. Ученые занялись проблемой и нашли гриб — Chondrostereum purpureum, который вызывал гибель кустарника. Его стали активно применять в качестве биогербицида для леса, и за три года более 90% лесов в стране было очищено от ненужного кустарника.
«Этот естественный процесс сам по себе происходит в природе, просто не с такой интенсивностью. Задача ученых — проконтролировать этот процесс, чтобы эффект был достаточным, но не избыточным. Такой способ борьбы с сорняками гораздо безопаснее, чем применение химических гербицидов, потому что тогда химикаты не попадают в почвы, подземные воды, в сами растения и в итоге к нам на обеденный стол. Кроме того, производство биогербицидов обходится гораздо дешевле, соответственно, и стоят они меньше. А это сказывается на затратах сельского хозяйства и цене продуктов, которые попадают на прилавки магазинов. Это не значит, что необходимо полностью отказаться от химических гербицидов. Просто иногда последние перестают действовать», — прокомментировал научный сотрудник лаборатории технологии микробных препаратов ВНИИСХМ, к.б.н., руководитель проекта по исследованиям эуфорбии Андрей Щербаков.
Дело в том, что сорняки постепенно мутируют и становятся устойчивыми к губительному действию химических гербицидов. Здесь ситуация похожа на ту, что происходит сейчас с антибиотиками, которые перестают действовать, подчеркнул Андрей Щербаков: бактерии приспосабливаются к действию лекарств благодаря естественному отбору и постоянной эволюции (подробнее о том, почему антибиотики перестают действовать, читайте здесь). Кроме того, у растений постоянно появляются новые заболевания, вызванные новыми фитопатогенными организмами. В результате аграрии используют все больше и больше гербицидов и фунгицидов, что приводит к еще большей устойчивости сорняков.
Справиться с этим замкнутым кругом помогут биогербициды. Они не воздействуют на растение на генном уровне, а синтезируют определенные вещества, которые запускают жизнедеятельность растения немного в другом направлении. Это направление ведет к естественной гибели растения, как от заболевания. Таким образом, биогербициды можно использовать как дополнительное средство борьбы с сорняками.
В чем сложности создания и использования биогербицидов
Однако иммунитет к биогербицидам также может вырабатываться у растений. У ученых есть методы, как предотвратить этот процесс. Во-первых, необходимо оставлять сам действующий агент биогербицида неизменным, то есть не допускать его мутаций. Для этого его замораживают методами криоконсервации. Во-вторых, биогербицид постоянно «тренируют» на сорняках, заражая им несколько экземпляров в лабораторных и тепличных экспериментах. И если он плохо справляется со своей работой, то его исключают из исследований.
Еще одна сложность заключается в том, что какой-нибудь биогербицид-уничтожитель сорняков может также губить и сельскохозяйственную культуру. Эту проблему можно решить, сделав культуре прививку, — совсем, как у людей. Для этого специально подобранный агент вводят в зародыш растения — семечко. В результате на «взрослое» растение биогербицид уже не действует, и культуру можно поливать им без ограничений, уничтожая окружающие сорняки. Кроме того, в некоторых случаях агрессивность биогербицида только на руку, когда перед учеными стоит задача не оставить на участке земли ничего живого. Это необходимо для каких-либо технических зон, например, взлетных полос в аэропортах, привел пример Андрей Щербаков.
«Но мы идем по пути создания специфических биогербицидов, которые выборочно воздействуют на те или иные растения. Например, для Ленинградской области очень актуальна проблема повсеместного распространения борщевика, с которым очень трудно бороться. Еще один злостный сорняк — это амброзия», — сказал он.
Поиск эффективных биогербицидов — «мейнстримовое» направление во всем мире, добавил он. Однако в России подобными разработками занимается очень мало научных групп. При этом потребность населения планеты в качественных и экологически чистых продуктах питания постоянно растет. Биогербициды могут стать следующей ступенью развития средств защиты растений для современного сельского хозяйства.
