2. Власть земли

 Истинный кормилец крестьянина не земля,
 а растение, и все искусство земледельца
 состоит в том, чтобы освободить
 растение и, следовательно, земледельца
 от "власти земли". 

К. А. Тимирязев. Избранные сочинения

Итак, человечеству не следует рассчитывать на новые земельные ресурсы. Главным и в сущности единственным направлением развития современного сельского хозяйства является его всемерная интенсификация и индустриализация. На этом пути и только на нем может быть воплощена в явь мечта К. А. Тимирязева - освободить растение от власти земли.

Все живое на нашей планете существует лишь потому, что в каждом мельчайшем комочке живой материи скрыто такое количество жизненной энергии, что ее вполне хватило бы для завоевания всего мира. В принципе нельзя не согласиться с несколько, правда, гиперболизированным высказыванием известного итальянского ученого Дж. Ацци: "Если бы среда не оказывала никакого влияния на растения, то одно растение, развивающееся из единственного маленького семени, заполнило бы своей массой всю вселенную".

Член-корреспондент ВАСХНИЛ Б. Мошков, проводя эксперименты по размножению кахетинской ветвистой пшеницы в полностью контролируемых условиях, обнаружил растения, образовавшие из одного зерна колосья, в которых поместилось 4700 зерен общей массой 200 граммов. Это означает, что теоретически возможен уровень урожайности, доходящий до 5 тысяч центнеров с гектара!

Последующие опыты, проведенные Б. Мошковым, позволили снять с одного квадратного метра камеры микроклимата 15 килограммов зерна, что равнозначно сбору 1500 центнеров с гектара. В условиях искусственной "светокультуры", при направленном регулировании всех параметров окружающей среды можно выращивать в год не один урожай. Это делает теоретически возможный урожай еще большим. Например, овощи (а их тоже собирают несколько раз в год) имеют завидную потенциальную урожайность: помидоры и огурцы - до 40 тысяч, гибрид редиса и салата, позволяющий сделать съедобными "и вершки, и корешки", - до 15 тысяч центнеров с гектара.

Широко известно, что озимые сорта пшеницы, высеваемые осенью, значительно более урожайны, чем яровые, которые сеют весной. Причина проста: они живут дольше и успевают к наступлению светлого и теплого времени лучше развить зеленую массу и корни. За счет этого озимым удается поглотить больше энергии от Солнца и минерального питания из почвы. Но плата достаточно велика: озимые слишком долго растут. В опытах Б. Мошкова при выращивании в искусственных условиях яровой пшеницы она созревала всего за 60 суток. Пять урожаев в год дали 1800 центнеров зерна с гектара!

Б. Мошков пишет: "Я привожу эту цифру не потому, что призываю получать такие урожаи теперь же в поле, более того, думаю, что для современного растениеводства это пока нереально, но утверждаю, что современные хозяйственные урожаи обидно малы по сравнению с тем, что могут дать в определенных условиях яровые сорта пшеницы... В невысоком урожае повинны не растения, а человек".

Конечно, поле - не лаборатория, где все к услугам растения. Но вот шведские ученые подсчитали: если исходить из возможно оптимального уровня жизнеобеспечения растений в полевых условиях, та же пшеница способна дать почти 400 центнеров зерна с гектара. Селекционеры и сейчас на опытных участках получают по 150-160 центнеров, по сравнению с которыми средние урожаи в 25 - 30 центнеров "обидно малы".

Как же приблизиться к теоретическому потенциалу продуктивности культурных растений, достижимому пока лишь в специальном сооружении - фитотроне, где зеленым питомцам человека обеспечивается максимум комфорта?

Биологам хорошо знаком так называемый закон неограниченного роста. Графически он описывается изображенной на заставке к этой главе экспонентой в осях "масса урожая" (по вертикали) - "энергия" (по горизонтали), потребляемая растением. Она характеризует потенциальную продуктивность культивируемого растения. На практике, однако, накопление биомассы происходит по совсем другому закону. Геометрически он отображается нижней логистической кривой.

Через некоторое время после прорастания семени, казалось бы, безудержное развитие всходов замедляется, кривая фактической продуктивности все больше отстает от экспоненты и, наконец, достигает максимума - "предела роста". Солнце щедро отдает свою энергию растению, но вегетация заканчивается, накопление биомассы прекращается и, начиная с некоторого количества усвоенной растением энергии Е_к, мы получаем не теоретически возможный урожай Q_т, а только фактический Q_ф.

Кто же "съел" разницу ΔQ между ними?

Среда. Или, точнее, природа. Во-первых, любой биологический объект, достигнув определенного предела, дав начало потомству, должен умереть. Поэтому ростку из одного семени (вспомним высказывание Дж. Ацци) никак не удастся заполнить собой всю вселенную. Ну, а если число семян в каждом поколении-будет все большим и большим? Что не по силам индивидууму, того может достигнуть коллектив. Но, во-вторых, природа никогда не предоставляет преимущественных прав какому-либо биологическому виду из населяющих планету. В противном случае одни виды были бы подавлены за счет процветания других. Жизнь стала бы гибельно однообразной. Подобное однообразие - начало конца всего живого, поскольку мир един, в нем все связано со всем и все взаимозависимо. Слишком бурное размножение какого-нибудь вида угрожает существованию других и по правилу обратной связи - его собственному существованию. Именно поэтому динамика процессов биосинтеза у растений генетически запрограммирована. У той же пшеницы в исконных зонах ее возделывания, даже в условиях орошения, вегетация прекращается в период, когда, казалось бы, еще есть все условия для активного продолжения процесса фотосинтеза.

В дикой природе никогда не встречаются большие массивы земли, заросшие только одним растением.

Везде и всюду, кроме наших собственных полей, мы видим поразительное многообразие сообществ совместно живущих трав, кустарников, деревьев. И если человек в противовес природе предоставляет исключительные права только некоторым своим избранникам, то за это надо платить.

Мы и платим. Закон фактического роста культивируемой биомассы от этого, конечно, не изменяется. Действительная кривая все равно отстает от экспоненты, но вот насколько - это уже зависит от нас. Чем настойчивее наши усилия, чем больше энергия, затрачиваемая на "выгибание" кривой роста, на ее приближение к экспоненте, тем меньше разница ΔQ.

Главная роль в процессе снижения ΔQ отводится самому растению, его свойствам, способности наилучшим образом превращать солнечную энергию в биомассу. Ведь, по существу, растениеводство - это мириады "зеленых конвертеров" - растений, способных перерабатывать солнечную энергию. Как и в любой установке, машине, первый показатель - коэффициент полезного действия, КПД. Потому-то основная задача ученых-селекционеров состоит в конструировании машин - растений с максимально возможным КПД. И на этом пути уже имеются несомненные достижения.

Статистический анализ показывает, что в течение 30 лет (с 1947 по 1977 год) введение новых сортов пшеницы обеспечило в Англии 56 процентов прироста урожая (остальное - за счет совершенствования агротехники, применения удобрений, химикатов и т.п.). А вот данные, характеризующие опережающую роль селекции: за первое десятилетие этого периода на ее долго пришлось 38 процентов прироста урожайности, за второе - 47, а за третье - все 100 процентов! Примерно так же обстояли дела и в других развитых странах. Например, в ФРГ в промежуток с 1952 по 1975 год вклад селекции в подъем урожайности составлял: по пшенице 30 - 38 процентов, по кукурузе - 46, по другим зерновым - 41 - 51, по картофелю - 37 процентов.

В СССР только в десятой пятилетке было создано и внедрено в производство 700 новых сортов и гибридов сельскохозяйственных растений, в том числе более 30 - озимой пшеницы, 10 - ржи, 38 - яровой пшеницы, 33 - ячменя. Все они внесли существенный вклад в отдачу пахотного гектара.

Одним словом, именно селекции мы обязаны по крайней мере половиной выигрыша в урожайности всех сельскохозяйственных культур. Ныне она из отрасли, прежде похожей на примитивное золотоискательство, превратилась в целую научную индустрию.

Еще не став земледельцем, человек замечал, запоминал наиболее урожайные дикие растения, ранне- и позднесозревающие виды - ведь они его выручали в пору собирательства. Начав культивировать растения, земледельцы далекого прошлого обратились к селекции. Пусть она была стихийной, действующей методом отбора - методом множества проб, частых ошибок и редких удач, но, практикуемая долгие века, все же дала впечатляющие результаты. Наукой селекция стала сравнительно недавно. Первый президент ВАСХНИЛ академик Н. И. Вавилов организовывал экспедиции, собиравшие семена культурных растений во всех странах мира. Созданная им коллекция послужила основой систематических селекционных изысканий.

За большинством современных высокоурожайных сортов - десятилетия кропотливого труда селекционера на опытной делянке. Внешне поиск прост: подбери "отцов" и "матерей", получи потомство, выдели из него самых лучших и повторяй все сначала. Так сезон за сезоном, из года в год...

После государственных испытаний на специальных станциях новый сорт получает путевку в жизнь. Остается, казалось бы, чуть-чуть - размножить его в семеноводческих хозяйствах и отправить на поля. Но в нашем стремительно движущемся мире все быстротечно.

Период "возмужания" нового сорта отделяется от времени старения все меньшим сроком.

"Хлеба высокие" воспевались сотни лет. Они были символом щедрого, по прежним меркам, стопудового урожая. Сейчас 16 центнеров с гектара - явный недород. Нужны верные 40-50. Селекционерам удалось сделать колос полновесным, но под его тяжестью согнулся длинный стебель. Полегший хлеб косить вручную трудно, а комбайном - к тому же и разорительно: немалая доля зерна остается в поле.

Создание карликовых хлебов с невысоким плотным стеблем и тяжелым колосом ознаменовало собой крупную победу селекционеров. Но она же поставила и новые задачи. Чем выше колос над землей, тем лучше ему дышится. Внутри же полевой массы мини-хлебов душно, тепло, влажно. Отличная среда для развития всяческих грибов, микроводорослей, бактерий, вирусов, насекомых, многие из которых - заклятые враги посевов.

Селекция на устойчивость культурных растений к вредителям и возбудителям болезней, пожалуй, не менее актуальна, чем селекция на урожайность. Ведь сегодня в мире от пятой до третьей части урожая уничтожается паразитами.

К сожалению, врагам и болезням растений несть числа. Скажем, стоит ученым сделать подсолнечник несъедобным для серой гнили, как вскоре новый сорт облюбует какая-нибудь иная нечисть. И "система здравоохранения" для растений (а это действительно целая система) оказывается весьма дорогостоящей...

Между прочим, одесские селекционеры пытаются спасти подсолнечник от гнили, сделав его скороспелым. Гниль не успевает его поразить - у нее сложились сроки жизни, приспособленные к обычному подсолнечнику.

Ускорение роста - очень важное направление селекции. Например, для созревапия риса требуется минимум 120 дней, а сотрудники Международного научно-исследовательского института риса вывели сорт, который готов к уборке менее чем за 100 дней. Это позволяет получать за год 2-3 урожая, вводя к тому же в заблуждение вредителей. Правда, долговременный обман невозможен: те довольно быстро приспосабливаются к иному жизненному ритму растения. Приходится вновь менять сорт. Или... подражать природе.

Давно замечено, что большинство насекомых обходят стороной некоторые растения. Они, например, очень недолюбливают ромашку, ненавидят чемерицу, избегают приближаться к тысячелистнику. В процессе эволюции многие растения сделали себя несъедобными - потому и выжили. Нельзя ли позвать их на помощь культурным сородичам?

Конечно, если засорить поля пшеницы тысячелистником, от этого, кроме вреда, ничего не выйдет. Но вот если чередовать посевы полосами или сделать их двухъярусными (вверху - колосья, внизу - немного ромашки) и чтобы они не конкурировали друг с другом, то, возможно, растения всем зеленым сообществом, всем, как говорится, миром, справились бы с прожорливыми паразитами.

Важное направление селекции - на выносливость. Здесь ученым приходится решать проблему приспособления растений к неблагоприятным условиям жизни: к засухе и холоду, к повышенной солености земли и излишней влажности.

Ну и наконец одно из последних достижений - межвидовая гибридизация. Она может решить сразу несколько задач - и высокой урожайности, и неприхотливости, и устойчивости к болезням. Первенцем стало тритикале - гибрид пшеницы с рожью. Он сочетает высокую урожайность первой с неприхотливостью и стойкостью второй.

Если перейти к животноводческой тематике, то с известной долей преувеличения можно сказать, что, создав тритикале - своеобразного "растительного мула", ученые словно бы сумели преодолеть бесплодность исстари известных гибридов лошади и осла. Впрочем, животноводы лишь немного отстают от растениеводов, хотя мулы по-прежнему остаются бесплодными. Некоторые из селекционеров считают, например, что им вскоре удастся вывести породу таких могучих коров, удой которых перевалит за 20 тонн в год (вместо обычных 3 - 5).

Успехи в селекции животных в последние десятилетия очень внушительны. Они обеспечили резкое увеличение удойности коров, привесов мясных пород, яйценоскости кур. Сегодня, однако, эти достижения кажутся не столь уж большими.

"Мы вступаем в эру эмбрионной инженерии, - отмечает Т. Маккэрон, президент компании "Дженетик инджиниринг", специализирующейся на селекции животных. - Новые методы позволят достигнуть огромных успехов в повышении эффективности животноводства и сыграют важную роль в обеспечении людей продуктами питания".

В настоящее время темпы научных исследований в области селекции животных заметно ускоряются, поскольку ученые внедряют в практику выращивания скота мощную технологию современной генетики.

"Изменения, на которые прежде уходило сто лет, сейчас совершаются за два месяца", - заявляет А. Ка-рихалу, руководитель отдела пересадки эмбрионов компании "Карнейшн".

Искусственное осеменение, родившееся когда-то в нашей стране, замораживание и длительное хранение спермы высокопородных животных давно уже стали повседневной практикой животноводов. На повестке дня - замораживание эмбрионов, их искусственная пересадка и выращивание.

В соответствии с этим методом в организм коровы-рекордистки вводят специальные гормоны, чтобы получить из яичников не одну, а 10 - 12 яйцеклеток. В сущности, животному-донору предстоит стать как бы несушкой, которая, правда, "несется" не яйцами, а яйцеклетками. Затем корову осеменяют (конечно, искусственным способом), а через неделю промывают матку, осторожно выбирают из жидкости эмбрионы и пересаживают их другим, но уже обычным "рядовым" коровам (главное, чтобы они были достаточно здоровы).

Уже ряд лет ученые Всесоюзного института животноводства ведут эксперименты с замораживанием ранних эмбрионов. На этом пути уже имеются весьма весомые достижения. Например, сравнительно недавно эмбрион, полученный от породистой коровы, был особым образом доведен до температуры жидкого азота, а через несколько суток пересажен другой корове, играющей, по сути, роль живого инкубатора. В обычный срок на свет появился теленок, которому в полном соответствии с обстоятельствами, предшествовавшими его рождению, дали кличку Замороженный.

Специалисты предсказывают, что пересадка эмбрионов окажет большое и широкомасштабное влияние на повышение качества крупного рогатого скота. Замороженные эмбрионы можно легко и быстро транспортировать на дальние расстояния, они не являются переносчиками болезней и паразитов, которые способны принести вред местному скоту. А как только эмбрион пересажен, он приобретает иммунитет против местных болезней от своей новой матери.

Еще одна проблема - получение сельскохозяйственных животных заранее заданного пола. При существующих методах искусственного оплодотворения и выращивания желательно иметь побольше рождающихся особей женского пола. Мужские особи нужны в ограниченном количестве - их семени хватит на множество потомков. Да и такую важную продукцию, как молоко и яйца, могут давать только самки. В связи с этим профессор Н. Пиффер из университета штата Техас предлагает делать специальную инъекцию (тестостерон плюс так называемый антиген HG) в находящийся в матке плод. Предполагается, что подобное вмешательство в утробное развитие позволит производить животных генетически женского пола, но в остальном являющихся полноценными мужскими особями. От такого "гибридного" производителя рождается только женское потомство.

Сейчас совершенствуется важный метод, с помощью которого один эмбрион может стать родоначальником многих однояйцевых близнецов. Для этого исследователи делят эмбрион, развившийся до 60 - 80 клеток, на несколько частей, а те - снова и снова по мере их роста и затем пересаживают самкам-заменителям. Уже достигнуты определенные успехи в подобных экспериментах с коровами, овцами.

Исследователи пытаются также научиться выращивать неоплодотворенные яйца в лабораторной пробирке. Это дало бы возможность из удаленного у животного яичника выращивать сотни яиц в искусственных условиях. И если такой смелый проект осуществится, то разведение животных по массовости и действенности станет равноценным семеноводству. Можно будет буквально в считанные годы заменить какую-либо старую, изжившую себя породу, на другую - обладающую ценными качествами.

24 января 1983 года в истории мирового животноводства произошло весьма знаменательное событие. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте разведения и генетики сельскохозяйственных животных (ВНИИРГЖ) у первотелки по кличке Надежда родился уникальный теленок. Он первый, чья жизнь началась в пробирке, и потому заслужил право именоваться Первенцем. Разработанная ленинградскими учеными методика позволяет моделировать процесс воспроизводства скота.

На практике это выглядит следующим образом. Полученную от коровы яйцеклетку в стадии фолликулярного роста помещают в благоприятную питательную среду, где поддерживаются на необходимом уровне все физико-химические параметры. Созревшие в пробирках клетки - и в этом принципиальное отличие метода - оплодотворяют и сразу же меняют питательную среду. Так в искусственных условиях удалось получить эмбрион. Для трансплантации используют только те оплодотворенные клетки, которые дробятся синхронно. Их-то и пересаживают в яйцевод какой-либо коровы-инкубатора. Успешные фундаментальные исследования послужат основой для выведения целых клонов высокопродуктивных животных, что будет способствовать резкой интенсификации животноводства. Когда же ученые смогут предложить промышленные способы выращивания яйцеклеток, наступит новая эпоха в разведении животных.

При определении перспективности новых сортов растений и пород животных в самом ближайшем будущем на первое место выдвинется требование "технологичности". Биологические виды (сделанные селекцией максимально продуктивными) будут выращиваться в индустриальных условиях. Следовательно, они должны быть и сами "вполне индустриальными".

...Вернемся к уже рассмотренной диаграмме. Теперь ее можно представить по-новому. Если селекция обеспечивает колоссальную потенциальную продуктивность, то биомасса, получаемая и используемая человечеством для питания, может увеличиваться бесконечно-по той же экспоненте. Но реализация этой продуктивности будет зависеть от технологии. На второй диаграмме кривые 1 - 5 показывают, как возрастает продуктивность нескольких используемых технологий. Если мы имеем возможность применить для производства продуктов питания энергию, превышающую, например, уровень Е₁, то технология 3 оказывается эффективнее технологий 1 и 2. При уровне энергонасыщенности Е₂ лучше действует технология 5 и т. д.

По существу, вся история производства продуктов питания описывается множеством переходов от одной технологии к другой. И в этой истории была не одна, а несколько "зеленых революций". На смену собиранию диких растений (технология 1) пришло примитивное земледелие (2), опиравшееся на мускульную силу человека. Использование животных для приведения в движение орудий - это уже третья ступень, механизация - четвертая. Технология 5, основывающаяся на результатах научно-технической или, скорее, биотехнологической революции в сельском хозяйстве, поднимает производство на еще один, качественно иной уровень.

Каждая из технологий дает ограниченный результат, о чем свидетельствуют логистические кривые. А вот огибающая их экспонента растет безгранично - и это самое главное.

Значит, есть все основания утверждать: человечество можно накормить, несмотря ни на последовательное увеличение его численности, ни на какие демографические взрывы. Вопрос, конечно, в том, сколько это будет стоить, хватит ли у нас энергии и, наконец, успеваем ли мы за нашим стремительным временем?

В обзоре научных исследований в области сельского хозяйства, выполненном для Министерства сельского хозяйства США в 1979 году, отмечается, что "резервы технологии и новых знаний исчерпываются быстрее, чем пополняются". Авторам данного тезиса можно обоснованно возразить, что технологические ресурсы человечества (как и познание им окружающего мира) практически безграничны.