Горох растет на борту Международной космической станции. Изображение предоставлено: Экипаж МКС Экспедиция 6, НАСА. нажмите, чтобы увеличить
Беспокойство может быть хорошей вещью. Он предупреждает вас, что что-то может быть не так, что опасность может быть близка. Это помогает инициировать сигналы, которые готовят вас к действию. Но, хотя случайное беспокойство может спасти вашу жизнь, постоянное беспокойство приносит большой вред. Гормоны, которые приводят ваше тело в состояние повышенной готовности, также повреждают ваш мозг, вашу иммунную систему и многое другое, если они постоянно попадают в ваше тело.
Растения не беспокоятся так же, как люди. Но они страдают от стресса, и они справляются с ним почти так же. Они производят химический сигнал - супероксид (O2-), который ставит остальную часть растения в состояние повышенной готовности. Супероксид, однако, токсичен; слишком много из этого в конечном итоге повредит растению.
Это может быть проблемой для растений на Марсе.
Согласно Vision for Space Exploration, люди посетят и исследуют Марс в ближайшие десятилетия. Неизбежно, они захотят взять с собой растения. Растения обеспечивают еду, кислород, дружеское общение и участок зелени вдали от дома.
На Марсе растения должны терпеть условия, которые обычно вызывают у них сильный стресс - сильный холод, засуха, низкое атмосферное давление, почвы, для которых они не развивались. Но физиолог растений Венди Босс и микробиолог Эми Грюнден из Университета штата Северная Каролина считают, что они могут разрабатывать растения, которые могут жить в этих условиях. Их работа поддерживается Институтом передовых концепций НАСА.
Управление стрессом является ключевым: как ни странно, уже есть существа Земли, которые процветают в условиях, подобных Марсу. Они не растения, хотя. Это одни из самых ранних форм жизни Земли - древние микробы, живущие на дне океана или в глубине арктического льда. Босс и Грюнден надеются произвести растения, дружественные Марсу, заимствуя гены этих чрезвычайно любящих микробов. И первые гены, которые они принимают, это те, которые укрепят способность растений справляться со стрессом.
У обычных растений уже есть способ детоксикации супероксида, но исследователи считают, что микроб, известный как Pyrococcus furiosus, использует тот, который может работать лучше. P. furiosus обитает в перегретом вентиляторе на дне океана, но периодически извергается в холодную морскую воду. Таким образом, в отличие от путей детоксикации у растений, те, что у P. furiosus, функционируют в удивительном диапазоне температур более 100 градусов Цельсия. Это колебание, которое может соответствовать опыту растений в теплице на Марсе.
Исследователи уже ввели ген P. furiosus в небольшое быстрорастущее растение, известное как арабидопсис. «У нас есть первые маленькие саженцы», - говорит Босс. «Мы вырастим их и соберем семена, чтобы произвести второе, а затем и третье поколение». Примерно через полтора-два года они надеются получить растения, у каждого из которых будет две копии новых генов. В этот момент они смогут изучить, как функционируют гены: вырабатывают ли они функциональные ферменты, действительно ли они помогают растению выживать или вместо этого причиняют ему вред каким-либо образом.
В конце концов они надеются вырвать гены из других экстремофильных микробов - гены, которые позволят растениям противостоять засухе, холоду, низкому давлению воздуха и так далее.
Цель, конечно, не состоит в том, чтобы развивать растения, которые могут просто выжить в марсианских условиях. Чтобы быть по-настоящему полезными, растения должны процветать: выращивать урожай, перерабатывать отходы и так далее. «То, что вы хотите в теплице на Марсе, - говорит Босс, - это то, что вырастет и будет устойчивым в маргинальной среде».
В стрессовых условиях, отмечает Грюнден, растения часто частично закрываются. Они перестают расти и размножаются, и вместо этого сосредотачивают свои усилия на том, чтобы остаться в живых - и больше ничего. Вставляя микробные гены в растения, Босс и Грюнден надеются изменить это.
«Используя гены из других источников, - объясняет Грюнден, - вы обманываете растение, потому что оно не может регулировать эти гены так, как оно регулирует свои собственные». Мы надеемся [замкнуть] способность завода отключить собственный метаболизм в ответ на стресс ».
Если Босс и Грюнден добьются успеха, их работа может иметь огромное значение для людей, живущих в маргинальной среде здесь, на Земле. Во многих странах третьего мира, говорит Босс, «увеличение урожая на неделю или две, когда наступает засуха, может дать вам окончательный урожай, который вам нужен для сохранения в течение зимы. Если бы мы могли повысить устойчивость к засухе или морозоустойчивость и продлить вегетационный период, это могло бы существенно изменить жизнь многих людей ».
Их проект является долгосрочным, подчеркивают ученые. «Пройдет полтора года, прежде чем мы действительно получим [первый ген] в растении, которое мы можем протестировать», - отмечает Грюнден. Пройдет еще больше времени, прежде чем на Марсе или даже в Северной Дакоте появится томатное растение, любящее холод и засуху. Но Грюнден и Босс остаются убежденными, что у них все получится.
«Там есть сокровищница экстремофилов», - говорит Грюнден. «Так что, если кто-то не работает, вы можете просто перейти к следующему организму, который производит немного другой вариант того, что вы хотите».
«Эми права», соглашается Босс. «Это сокровищница. И это так здорово ».
Первоисточник: пресс-релиз НАСА
