В течение почти десятилетия исследователи из банка семян Шпицбергена в Норвегии собирали и хранили образцы семян со всего земного шара, тщательно сохраняя их в хранилище, высеченном на расстоянии 400 футов в сторону горы в Полярном круге. Затем, однажды, в октябре 2015 года, произошло нечто беспрецедентное: исследователи начали вывозить семена, выкатывая 138 черных ящиков с 38 000 семян из стального и бетонного хранилища через его двери и обратно в мир.
Связанный контент
- Почему ученые собирают семена с придорожных подсолнухов
Банк семян Шпицбергена является, пожалуй, самым известным примером банка семян или банка генов - места, предназначенного для сохранения биоразнообразия, чтобы в случае такого катастрофического события, как засуха, болезнь или война, можно было заселить основные виды сельскохозяйственных культур. Для первого вывода Шпицбергена эта катастрофа была искусственной - семена были отправлены на Шпицберген до того, как повстанцы захватили другой банк семян в Алеппо во время гражданской войны в Сирии. Семена, вывезенные со Шпицбергена - смесь зерновых, пшеницы, ячменя, конских бобов, чечевицы и нута - были отправлены примерно в 3000 миль в Ливан и Марокко, где ученые продолжат исследования, начатые в Алеппо. Исследователи надеются, что их проекты помогут разработать новые, более прочные сорта этих культур, которые в конечном итоге могут противостоять изменению климата или болезням.
Исследователям, работавшим над этими семенами, как в Алеппо, так и по всему миру, повезло. Они были в состоянии гарантировать, что дубликаты их семян существовали где-то кроме их генного банка, и они были в состоянии быстро и эффективно идентифицировать семена, в которых они нуждались, когда они должны были сделать изъятие. Для сотен генных банков по всему миру - особенно тех, которые работают на региональном или национальном уровне - это легко могло бы быть не так.
Генные банки часто рассматриваются как последняя линия защиты биоразнообразия - заверение в том, что, даже если произойдет худшее, существуют резервные копии, которые обеспечат миру доступ к таким важным культурам, как кукуруза, или важным хранилищам генетического материала. Как сорт пшеницы, который особенно хорошо растет в сухом климате. В действительности, однако, генные банки сталкиваются с целым рядом проблем: от недостающих ключевых элементов биоразнообразия до отсутствия связи между генными банками до неопределенного финансирования.
В области сохранения существуют два основных метода сохранения конкретного растения, животного или фрагмента генетической информации: сохранение in situ, когда рассматриваемый образец сохраняется в пределах его экосистемы (как естественной, так и искусственной) и сохранение ex situ, когда образец сохраняется за пределами его экосистемы. Банки семян, или банки генов, являются одним из основных методов сохранения ex-situ - места, где семена, черенки или важный генетический материал из культур, как одомашненных, так и диких, хранятся, каталогизируются и сохраняются для будущих исследований.
Фасоль в генном банке CIAT в Колумбии. (Нил Палмер, CIAT (BY CC-SA)) Генные банки - это относительно новая концепция, связанная с очень старой идеей: собирать растения, представляющие интерес, в определенном пространстве в интересах научных исследований. Они берут свое начало в ботанических садах, которые изначально служили хранилищами для академических исследований лекарственных растений еще в 16 веке. Позже, когда европейский империализм распространился по всему миру, ученые и коллекционеры возвращали растения из экзотических мест в сады, такие как Королевский ботанический сад Кью в Англии. Помимо использования в научных целях, эти растения послужили основой для растущей коммерческой торговли такими культурами, как кофе, какао и пальмовое масло.
По мере того, как европейские коллекционеры все чаще заполняли ботанические сады культурами из далеких мест, научное обоснование садов стало менее приоритетным. Вместо этого селекционеры начали создавать коллекции генетического материала растений, к которым можно было бы получить доступ, чтобы помочь внедрить ценные признаки в сорта растений. Затем, в 1960-х и 70-х годах, родилась идея сбора этого генетического разнообразия организованным и систематическим образом - в генных банках.
Сегодня в мире насчитывается около 1750 банков генов, в которых хранится более 7 миллионов образцов семян, черенков или генетического материала. Существуют крупные международные генные банки, такие как Шпицберген, которым управляет Crop Trust, с помощью правительства Норвегии и региональной организации NordGen. И есть региональные генные банки, которые работают с небольшими бюджетами в отдаленных районах. И то, и другое имеет решающее значение для сохранения биоразнообразия, однако для небольших генных банков трудно преодолеть трудности, связанные с приобретением, хранением и распространением генетического материала. Международные генные банки, такие как Шпицберген, часто пользуются помощью таких организаций, как Crop Trust и фондами, которые помогают им поддерживать относительно устойчивый штат долгосрочных исследователей и источников финансирования - роскоши, которой иногда не хватает национальным и региональным генным банкам.
«Генные банки являются антропогенной конструкцией», - говорит Кристина Уолтерс, руководитель исследований по зародышевой плазме в Национальном центре сохранения генетических ресурсов Министерства сельского хозяйства США, расположенном в Форт-Коллинз, штат Колорадо. «Они так же хороши, как инфраструктура, которую мы, люди, предоставляем, и воображение, которое мы, люди, применяем к ним. Генные банки создают биоразнообразие не больше, чем библиотеки создают литературу ».
Одной из основных частей биоразнообразия, которую часто не хватает банкам генов, являются дикие сородичи культур - необработанные, но связанные с ними штаммы основных пищевых культур, таких как кукуруза и пшеница. Недавнее исследование, проведенное фондом Crop Trust, рассмотрело 1076 диких сородичей, связанных с 81 видом некоторых из наиболее важных основных культур в мире. Исследователи обнаружили, что 70 процентов этих диких родственников недостаточно представлены в мировых генных банках. Возможно, что еще более важно, они обнаружили, что 29 процентов диких сородичей этих культур - около 313 видов - вообще не представлены в генных банках.
Это проблема, прежде всего потому, что дикие сородичи культур часто эволюционировали, чтобы расти в не совсем идеальных условиях, процветая в местах с относительно низкой влажностью или чрезвычайно большой высотой. Поскольку изменение климата меняет характер выпадения осадков и глобальную температуру, трудно сказать, какие признаки станут наиболее важными для сельскохозяйственных культур, поэтому сохранение признаков - даже тех, которые ранее не проявляли особых перспектив для коммерческого выращивания - имеет решающее значение.
«Подумайте о человеческой расе: мы ничего не знали о лихорадке Эбола 20 лет назад, и мы не знали, что нам понадобится вакцина против лихорадки Эбола», - говорит Шарлотта Люсти, координатор программ генного банка для Crop Trust. «То же самое для растения в поле. Если вы выращиваете кукурузу или пшеницу в поле, вы не представляете, что вам понадобится или какая болезнь придет, и эта вакцина поступит из генного банка ».
Хранилище семян на Шпицбергене заполнено более чем миллионом различных семян, но хранение их в холодном хранилище - это только часть того, что делает хранилище. (Даг Эндресен [CC BY 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], через Викисклад) В дополнение к отсутствию важных частей генетического разнообразия, генным банкам, особенно на национальном и региональном уровне, часто не хватает постоянного финансирования, необходимого для того, чтобы проекты могли выполнять свои долгосрочные задачи. Генный банк - это гораздо больше, чем сбор генетического материала растений для хранения - большая часть повседневной работы генных банков, включающей подготовку и доставку образцов исследователям и селекционерам по всему миру. Директорам генных банков часто нравится хвастаться в холодильных камерах, где хранится генетический материал, - но эти районы зачастую довольно просты в обслуживании и не требуют больших затрат по сравнению с проблемой фактического обслуживания коллекций.
«Это не огромные инвестиции, - говорит Ласти о сборе и хранении семян. «Трудность заключается в том, чтобы контролировать их, обеспечивать их жизнеспособность и распределять эти семена».
Возьмем, к примеру, такую страну, как Венесуэла, которая находится в разгар экономического кризиса, который, по крайней мере частично, проявился в стремительных отключениях электроэнергии по всей стране. Когда происходят такие отключения электроэнергии, в генных банках страны, которых у нее несколько, нет электричества, необходимого для того, чтобы семена сохраняли оптимальную температуру для сохранения. В течение нескольких дней после длительного отключения эти коллекции могут быть полностью потеряны для мира.
«Когда речь заходит о национальных генных банках, там мы находимся в очень сложной ситуации. Именно правительство должно признать важность и ценность этих коллекций », - говорит Люсти.
Проблемы, связанные с региональными и национальными генными банками, являются значительной причиной того, почему такие организации, как Crop Trust и CGIAR, глобальный консорциум сельскохозяйственных исследований, который управляет 11 генными банками по всему миру, настолько сосредоточены на том, чтобы ни один генный банк не был остров к себе. В течение многих лет Целевой фонд проводил кампанию по сбору средств, которые могут быть использованы для того, чтобы помочь генным банкам обеспечить постоянное финансирование, необходимое для долгосрочных инвестиций в исследования и персонал. По словам Люсти, в настоящее время фонд достаточно велик, чтобы каждый год для генных банков было доступно от 5 до 6 миллионов долларов, что, учитывая, что генному банку среднего размера для работы требуется около 1 миллиона долларов в год, далеко недостаточно.
«К сожалению, правительства, как правило, не выделяют такие ресурсы, которые им необходимы, для того, чтобы эти генные банки могли позволить им работать на этом уровне, поэтому важно, чтобы что-то вроде Целевого фонда хотя бы поддерживало эти международные генные банки », - говорит Ласти.
В идеальной системе все международные, национальные и региональные генные банки будут функционировать в тандеме, стремясь сохранить наибольшее количество генетического разнообразия при минимальном дублировании. Это означает, что региональные генные банки будут в основном сосредоточены на сборе видов, обитающих в этом конкретном регионе, а более крупные международные генные банки будут служить резервными копиями для этих коллекций.
И система действительно так работает, по крайней мере, иногда. Но, чтобы помочь мировым генным банкам работать еще эффективнее, эксперты, такие как Люсти, говорят, что для генных банков на каждом уровне становится все более важным иметь четкое представление о том, что у них есть - и что им нужно - друг с другом. Чтобы обеспечить этот тип коммуникационного пути, Crop Trust помог создать онлайн-инструмент, известный как Genesys, в 2008 году, который служит своего рода каталогом с открытым исходным кодом для участвующих банков генов. Но Genesys остается неполной, так как недостающие коллекции, которые сотрудники Crop Trust работают над включением в базу данных. В апреле бразильская национальная сельскохозяйственная исследовательская организация EMBRAPA объявила, что добавит свои коллекции в Genesys, что стало главной победой для дальнейшего расширения базы данных Crop Trust.
В конечном счете, имидж генного банка как «хранилища судного дня» может стать самой большой проблемой, которую необходимо преодолеть. Рассматривая генные банки как статические, апокалиптические программы последней инстанции, исследователи, такие как Уолтерс, беспокоятся о том, что повседневная роль, которую играют генные банки в обеспечении продовольственной безопасности, в конечном итоге теряется для общественности.
«Люди не считают генные банки активно используемыми - как библиотеку», - говорит она. «[USDA] Национальная система зародышевой плазмы растений распределяет 250 000 образцов в год. Люди думают о генных банках, как будто они являются складом, как будто это просто упражнение положить семена в мешки и положить мешки в морозильник. Но полезность и доступность генетических ресурсов в генном банке - это большая история ».
