Почти все сельхозкультуры, как и деревья, имеют одну ахиллесову пяту. И очень чувствительную – им нужно много углекислого газа в воздухе. Из-за этой особенности в последний ледниковый период наша планета едва не лишилась лесов. Если бы это случилось, пришел бы конец не только почти всем деревьям, но еще и пшенице, и рису, и кукурузе.
ru.freepik.com
Впрочем, один из видов кормящей нас «травы» точно пережил бы кризис. Это ананас. Поскольку в будущем содержание СО2 в атмосфере будет снижаться, у этого фрукта есть шанс стать последним сельхозрастением на планете. Если, конечно, генетики не придумают, как наделить его чудо-возможностями и остальных.
Растения вокруг нас выглядят привычно, и поэтому мы думаем, что все о них знаем. На самом деле, многие, самые базовые вещи о них мы только недавно стали представлять более или менее полно. Взглянем на деревья: они используют так называемый С3-фотосинтез, при котором растение берет из воздуха шесть молекул СО2, из почвы – шесть молекул H2О, а затем синтезирует из них одну молекулу глюкозы (С6Н12О6) и шесть молекул кислорода. 95 % всей зеленой биомассы проходят именно этот путь фотосинтеза.
Не будет СО2 – не будет лесов? earth.com
Но у него есть большая проблема: чтобы он работал хорошо, нужно минимум 200 частей СО2 в воздухе на миллион. При 150 и ниже он толком не работает, а использующие его растения гибнут. Именно поэтому в последний ледниковый период, когда углекислого газа в воздухе стало только 180 частей на миллион, лесов на планете почти не осталось. Несколько клочков джунглевых «рощ» на каждом крупном континенте (кроме слишком холодной Европы), два островка, оставшихся от Амазонии, – и все: никакой тайги, никаких широколиственных лесов.
На огромных холодных равнинах деревья были редкостью: примерно как сейчас в степях, они встречались в основном у берегов рек или в низинах. Но страдали не только леса. По расчетам ученых, сельское хозяйство не имело даже шансов появиться до окончания ледникового периода: все эти пшеницы и рисы – С3-растения, отчего при 180 частях углекислого газа на миллион они имели бы урожайность в разы меньше достижимой при сегодняшнем воздухе.
Последние миллионы лет содержание углекислого газа в нем падает. Вопрос о причинах этого до сих пор оспаривается. Одна из популярных версий – снижение вулканической активности, которая возвращает этот газ из глубин Земли в атмосферу. Поэтому ученые считают, что в будущем концентрация СО2 упадет ниже 150 частей на миллион. Это будет означать гибель обычных деревьев и переход на новые сельхозкультуры, потому что почти все те, что мы используем сейчас, тоже погибнут. Стоит заранее присмотреться к тому, может ли существовать выход из этой ситуации.
Не дышать днем
Кроме С3-фотосинтеза, при котором углекислый газ берется напрямую из воздуха, есть и обходной путь. Его использует ананас – растение, появившееся то ли в южной Бразилии, то ли в Парагвае, откуда португальские мореплаватели привезли его в Африку, Азию и Океанию.
Ананасовое поле перед сбором урожая. Фото: Craig Bowden, howgrow.org
Дикий ананас растет в местах, которые не любят другие растения, – например, на остывших лавовых полях, остающихся после извержений вулканов. Ему нужно в несколько раз меньше воды, чем обычным растениям. А еще он может фотосинтезировать даже при содержании СО2 в воздухе 10 частей на миллион – то есть и углекислого газа в воздухе ему надо в 15 раз меньше, чем С3-растениям, типа деревьев и пшеницы. Как он это делает?
Ананас в норме вообще не дышит днем: устьица его листьев полностью закрыты. Между тем, обычные растения основную часть трат воды испытывают именно при дыхании (как и люди, кстати). Ведь чтобы «поймать» СО2 из воздуха, нужно приоткрыть устьица, а молекула Н2О еще меньше молекулы СО2. И когда последняя может войти в растение через открытые устьица – первая, наоборот, может выйти из него.
Поэтому дышит ананас исключительно ночью, когда нет лучей солнца и потери на испарение минимальны. Углекислый газ он накапливает и связывает в так называемой яблочной кислоте (относящейся к классу предельных карбоновых кислот), запасаемой в клетках растений. Днем она выходит из вакуолей растительных клеток, распадается и выделяет углекислый газ. Это отдаленно похоже на химическое регулирование состава воздуха на подводных лодках или в космических кораблях. Только люди таким регулированием СО2 связывают, а ананас его запасает и затем использует. Называется это САМ-фотосинтез (от Crassulacean Acid Metabolism – «метаболизм крассулацеиновой кислоты»).
Эта особенность не уникальна среди «диких» видов-фотосинтетиков. Но из полноценно съедобных растений она есть только у ананаса. Еще так могут делать кактусы, ваниль и агава. Все они «научились» такому САМ-фотосинтезу – с запасанием углекислого газа в яблочной кислоте – оттого, что живут в условиях дефицита воды. С кактусами и мексиканской агавой все и так понятно: они растут в полупустынях. Ваниль произрастает во влажном климате, но исходно это лиана, у которой нет своих корней. А брать воду даже из влажного воздуха – задача очень непростая. Генетики считают, что гены, отвечающие за такие особенности фотосинтеза, можно попробовать перенести и в другие сельхозкультуры – научить «не дышать днем» пшеницу и прочие злаки. Умение это далеко не бесплатное: аккумуляция СО2 и задержка дыхания на полсуток не имеет смысла, если кругом много воды и углекислого газа. В таких условиях С3-растения растут быстрее, чем САМ-растения, ведь им не надо тратить энергию на биохимические «газовые баллоны» в виде ежесуточно обновляемых запасов яблочной кислоты.
Но в засушливых зонах эта адаптация очень ценна. Ведь, как мы уже отмечали, она в несколько раз снижает потребление воды. А в будущем на Земле вообще могут остаться только растения с САМ-фотосинтезом – углекислого газа в земном воздухе в далекой перспективе будет все меньше.
Кстати, согласно современным научным представлениям растения могут сочетать С3-фотосинтез в обычных условиях с переходом к САМ-фотосинтезу при нехватке воды или углекислого газа. Например, так делают некоторые водные растения: в воде СО2 почти всегда в дефиците, потому что скорость диффузии там в десять тысяч раз ниже, чем в воздухе. Это значит, что перенос «пути ананаса» в гены других культурных растений может позволить им произрастать как в обычных, влажных, так и в весьма засушливых и углерододефицитных условиях.
А еще это вкусно
Но ананас и его необычный фотосинтез «без дневного дыхания» не привлекали бы нас так сильно, если бы не свойства этого растения. Всего сто граммов ананаса содержат 44% суточной потребности нашего организма в марганце и 58% – в витамине С. А еще в его состав входит фермент бромелаин, которому приписывают противовоспалительные свойства (впрочем, работы по нему пока далеки от окончательных выводов).
ru.freepik.com
Подавляющее большинство из нас пробовало только сорт ананаса «гладкий каейнский» – он популярнее всего в США. А именно на Штаты ориентируются экспортеры ананасов по всему миру. Мякоть его плода желтая, а вкус обычно весьма сладкий. Мы говорим «обычно», потому что САМ-фотосинтез ананаса означает, что за ночь (к утренним часам) он накапливает много яблочной кислоты. К вечеру СО2 из нее превращается в глюкозу и иные углеводы. Так что если сорвать ананас с утра, то он будет кислее, а если к вечеру жаркого дня – слаще. Разумеется, в крупных хозяйствах, где выращивают ананасы на экспорт, никто не будет заморачиваться уборкой только в вечерние часы. Поэтому часть ананасов неизбежно будет кислее остальных.
Есть и много других сортов ананаса, крайне редко доходящих до нашей страны. В частности, некоторые плоды сорта «пернамбуко» имеют белую мякоть. Она отличается необычным вкусом, сочетающим одновременно и «кислинку», и сладость. В нашей стране их можно увидеть разве что в какой-нибудь «Азбуке вкуса» (причем много дороже «желтых» ананасов). Но, увы, нормально перенести длительную перевозку морем плоды этого сорта могут, только если их срывают немного недоспелыми. В этом случае вкус получает уклон в «кислинку» – а сладости в нем меньше положенного.
Зато в Латинской Америке «белых» ананасов немало, и стоят они даже дешевле «желтых». Местные еще называют их «креольскими». Во многих странах региона распространен и их сок (в норме в него кладут много сахара).
На Филиппинах возделывают другой сорт, «испанский красный». У него мякоть желтоватая, с легким оранжевым оттенком. Сок довольно сладкий даже без дополнительного сахара. А еще из его листьев делают волокно. Раньше ткани из него были модны среди аристократии в Европе. Теперь их используют в основном на тех же островах, где выращивают: синтетика и прочий современный текстиль сильно потеснили «ананасовую» ткань с мировых рынков.
В европейских языках используется корень «пин-» – «пинья» (испанский) или «пайнэппл» (английский). Такое имя ананас получил за отдаленное сходство плода с шишкой сосны («пинус» по-латыни). Однако в Аргентине его называют «ананá» с ударением на последний слог (ananá) потому, что «пинья» в аргентинском варианте испанского – это удар кулаком, а путать такое со сладким фруктом не стоит.
И аргентинское, и русское название плода имеют одно происхождение – это слово «анана» из языка индейцев гуарани. Они живут в Боливии, Парагвае, Бразилии, то есть на родине ананаса. Переводится оно как «запах запахов» – у спелого ананаса в районе корня действительно очень тонкий и приятный запах.
Когда гуарани начали выращивать этот фрукт – непонятно. В джунглях плохо сохраняются органические остатки, да и археологи там – нечастые гости. Известно, что к андским цивилизациям он проник уже 3200 лет назад, а в Мексику – незадолго до нашей эры.
Колумб увидел его в 1493 году. Но массово вывозить ананас в Европу тогда было проблематично. Лучше всего фрукт хранится при 7–13 градусах и определенном диапазоне влажности – это легко достижимо в современных судах-рефрижераторах, но было очень сложно на парусниках прошлого.
Ананас. Иллюстрация: Johann Christoph Volkamer, Nürnbergische Hesperides, начало XVIII века, biodiversitylibrary.org
Предприимчивые голландцы, пытавшиеся колонизировать Бразилию, вывезли оттуда и образцы этих растений, благо они уже знали об оранжереях (спасибо «тюльпанной лихорадке», они даже стали там модными). Ананас, в отличие от большинства тропических фруктов, может давать полноценные плоды даже в доиндустриальной оранжерее. Для какого-нибудь банана это архисложно потому, что нужный вкус у него получается только при длительном световом дне и/или высоком содержании углекислого газа в воздухе.
В современных промышленных теплицах СО2 добавляют в воздух искусственно, сжигая природный газ. Но сотни лет назад об этом газе никто ничего не знал, поэтому бананы и прочие тропические гости, выращенные в оранжереях, были безвкусными, «стеклянными». Собственно, тепличные огурцы и помидоры страдают от той же проблемы и сегодня (в тех теплицах, хозяева которых не заботятся о контроле содержания СО2 в воздухе).
Ананас, из-за САМ-фотосинтеза, нетребователен к содержанию углекислого газа, поэтому может иметь «тропический» вкус даже в теплице, где никто ничего не сжигает. И уже в 1672 году королевскому садовнику Великобритании удалось получить от него плоды, которые очень понравились королю Карлу II (эта сцена даже удостоилась картины художника).
Долгое время после этого ананасы оставались символом роскоши, отсюда и известное стихотворение Маяковского: «Ешь ананасы, рябчиков жуй, день твой последний приходит, буржуй»). Ситуация поменялась только в конце XX века, когда массовый морской транспорт с охлаждающими установками сделал этот фрукт доступным в высоких широтах. Впрочем, 80% ананасов по-прежнему съедают там же, где выращивают: цены на них в тех местах ниже, а вкус – лучше.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
