Проблемы клонирования деревьев

Такие исследования смогут увеличить оборачиваемость лесных ресурсов, снизить затраты заготовителей на лесовосстановление и в конечном итоге защитить лесной фонд планеты от уничтожения. Однако путь трансгенных деревьев от лабораторных исследований до лесозаготовок займет еще не один год.

Исследования в области генной инженерии проводятся примерно на 140 породах деревьев. Но около 60% научных поисков сосредоточено только на пяти породах. Это сосна, эвкалипт, ель, тополь и акация. Деятельность, связанная с генной инженерией в лесном хозяйстве, ведется в 35 странах, но подавляющее число этих исследований ограничивается лабораторными опытами, и только очень малая часть из них переходит в полевые испытания.

Здесь впереди всех - китайские исследователи. Сельскохозяйственный научно-исследовательский институт города Лайу провинции Шаньдун вместе с Шаньдунским сельскохозяйственным институтом уже вывели трансгенный солеустойчивый тополь. В коммерческую эксплуатацию запущена первая плантация клонированных растений с модифицированными генами площадью около 500 га, где высажено 1,4 млн тополей.

Все остальные страны, включая США, где расположено больше всего опытных плантаций генномодифицированных деревьев, до коммерческого разведения искусственных деревьев пока еще не дошли.Несмотря на продолжающиеся споры о том, вредны ли человеку продукты, созданные с помощью трансгенов, генная инженерия давно и широко применяется в фармакологии,  пищевой промышленности и  сельском хозяйстве. Деревья оказались самыми «трудными» объектами для исследователей: срок их созревания даже после модификации исчисляется годами, что усложняет проведение опытов.

В настоящее время в России сразу несколько организаций работают над выведением новых быстрорастущих и высокопродуктивных сортов дерева. Это Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства (Московская область), Воронежский научно-исследовательский институт  лесной генетики и селекции,  Сысертский лесхоз (Свердловская область) и Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН (Иркутск).

О том, что первая в мире плантация клонированных сосен произрастает в Свердловской области еще с начала 80-х годов прошлого столетия, общественности стало известно всего несколько лет назад. К тому времени в Сысертском лесхозе росли 20-летние деревья, отличающиеся от природных более длинной хвоей и изогнутым стволом. Местные селекционеры ожидают, что, используя сысертскую технологию, в будущем можно будет заготавливать 600 кубометров древесины с гектара, а не 300–400, как сейчас.

Главный лесничий областного управления «Свердловскагролес» Дмитрий Другов считает, что деревья созреют уже к 50-60 годам, то есть на 30 лет раньше естественных сосен, и при этом будут на 30% крупнее. «Чтобы поставить эксперимент такого масштаба, потребовались длительные исследования, – говорит Дмитрий Другов. – Внешне эти деревья не похожи на своих предков - хвоя длиннее, а ствол светлый, они больше смахивают на огромные ветви, растущие прямо из земли.

Это результат не просто клонирования, но еще и селекционной работы, благодаря которой был выведен новый сорт». Сегодня все исследования лесхоз окупает за счет продажи собственной заготовленной древесины и пиломатериалов. Ученые Воронежского научно-исследовательского института лесной генетики и селекции поставили эксперимент на карельской березе. Они отобрали несколько лучших деревьев, получили из них клеточные культуры - каллусы - и уже из каллусов вырастили маленькие березки. В обычных условиях карельская береза начинает обретать внешние признаки узорчатой древесины к 10-12 годам. У клонов же стволы начали становиться бугорчатыми и ребристыми через 3-4 года. К пяти-восьми годам уже весь выводок искусственно выращенных берез обрел узоры.

В Сибирском институте физиологии и биохимии растений СО РАН воспользовались классическими методами клонирования: вживили осине, тополю и сибирской сосне кукурузный геном. В итоге темп роста деревьев увеличился в среднем в 2 раза. Особенно важны генные эксперименты с осиной. Эта лесообразующая порода быстро растет на участках после пожаров и рубок, давая превосходный строительный материал.

При всех положительных качествах эта порода страдает серьезным недостатком: осина очень подвержена заражению гнилью, гриб которой разрушает ее до основания. Много лет лесоводы ломали голову над непосильной задачей, как вырастить дерево, которое не подвержено этой напасти. С помощью трансгенеза сегодня уже научились выращивать растения, устойчивые к гербицидам и вирусам: сою, кукурузу, хлопок, помидоры, картофель, не восприимчивый к колорадскому жуку. Теперь настала очередь деревьев. Темпы роста трансгенной осины оказались в 2-2,5 раза выше, чем у природных сородичей. В течение двух лет молодые побеги осины достигли высоты 50-70 см.

Они содержат в своем генетическом аппарате фрагмент чужой ДНК, увеличивающий образование одного из гормонов растений - ауксина. Это обнадеживающий факт: ускорение роста позволит вырастить дерево, которое в короткие сроки может стать промышленным сырьем и при этом избежит заражения  сердцевинной гнилью. Исследованием осины много лет занимался Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства (ВНИИЛМ) в Пушкино.

В середине прошлого века знаменитые селекционеры Яблоков и Иванников нашли в природе исполинскую триплоидную (с тройным набором хромосом) осину, обладающую сильным ростом и высокой устойчивостью к гнили. Они первыми приступили к изучению этой породы. В Воронежском научно-исследовательском институте лесной генетики и селекции около двух лет посвятили изучению проблемы изменения генной структуры тополя.

Однако из-за недостатка финансирования вся работа, к сожалению, так и осталась на стадии первичных разработок. Дальше воронежских коллег продвинулся Сибирский институт физиологии и биохимии растений РАН в Иркутске. Ученые института, пересаживая чужеродные гены, уже получили высокоустойчивые кедр (или сосну сибирскую) и осину (или тополь дрожащий). Трансгенные деревья в России пока выращивают только в лабораторных условиях, высаживать их в лесу или в поле ученые опасаются. Несмотря на прогресс в науке, польза трансгенов пока остается под вопросом.

Никто не может с уверенностью спрогнозировать, как будет вести себя подобное  дерево в природе. Опасность состоит в том, что  трансгенное дерево, абсолютно защищенное от сердцевинной гнили,  с его ускоренным максимальным ростом, вполне может вытеснить в фитоценозе остальные виды деревьев. С другой стороны, ученые опасаются, что вставка чужеродного гена может привести к сбоям в процессе деления клеток, и растение окажется неспособным к размножению. Такая ошибка будет накапливаться в популяции, в результате чего весь вид осины может оказаться под угрозой вымирания. Последствия таких просчетов пока непредсказуемы, поэтому многие из ученых-селекционеров не торопятся высаживать трансгенные растения в природные условия.

Российские научные центры пока не ставят своей целью получение «совершенной» осины с целью ее коммерческого использования. Это обусловлено, в основном, отсутствием спроса на такие исследования со стороны лесопромышленных компаний, все ведущиеся в настоящее время работы финансируются государством. Потому главная задача ученых сегодня – изучить влияние трансгенов на природные популяции деревьев. «Сегодня государство выделяет недостаточно средств на науку, но рано или поздно мы придем к ожидаемому результату.

Думаю, в качестве эксперимента можно создать оранжерею с трансгенной осиной или плантацию в лесу так, чтобы деревья находились под постоянным наблюдением и контролем ученых. Работать над этим вопросом просто необходимо. Перспективы здесь очень заманчивы», - считает руководитель ВНИИЛМа Леонид Михайлов.  «Если вся трансгенная осина окажется здоровой, на что сегодня так надеются специалисты, и будет расти не 30 лет, а скажем, 20, это даст колоссальный экономический эффект, - продолжает разговор директор Института физиологии растений им. Тимирязева РАН Владимир Кузнецов. - Однако фундаментальные исследования трансгенных растений должны непременно опережать их коммерциализацию. Для физиологов растений трансгены - это находка. Они позволят лучше понять, как живет растение и в какой мере человек может вторгаться в святая святых любого живого создания - его генетический аппарат - без нарушения хрупкого равновесия фитоценозов».

Конечно, работы над созданием новых форм осины ведутся  не только в России. Несколько лет назад на Международном конгрессе физиологов растений Европы в Варне группа ученых из Израиля сообщила о получении ими трансгенной осины, способной расти в условиях засушливого климата. Венгерские исследователи пошли еще дальше. Они ввели в геном дикой особи осины фрагмент ДНК, повышающий устойчивость к морозам, засухе и, возможно, к сердцевинной гнили. Дальше всех продвинулась австралийская компания FastForests Inc, недавно продемонстрировавшая миру новую породу деревьев SupaTree. Новая порода лиственных деревьев SupaTree, созданная селекционерами австралийской компании FastForests Inc, не нуждается в особом уходе и созревает для заготовки всего за 9 лет.

Другой немаловажной особенностью деревьев является то, что даже после вырубки корни дерева надолго сохраняют питательные вещества и могут воспроизводить новые ростки. По мнению авторов инновации, деревья сыграют важнейшую роль в восстановлении лесного фонда Австралии и многих других стран. Как сообщает компания FastForests Inc на своем сайте, в настоящее время к новинке уже приглядываются отраслевики Австралии и Новой Зеландии. Внедрить ее в российских лесах предложили представители Гарвардского инвестиционного фонда – Harvard Management, выступившие с докладом на одной из отраслевых сезонных конференций в конце прошлого года.

Как отметили в своем докладе представители фонда Harvard Management, преимуществом созданной породы деревьев SupaTree является их быстрый рост, а также последующее восстановление без необходимости выкорчевки пней. По их словам, в настоящее время в Австралии действует законодательство, согласно которому заготовка древесины запрещена. Поэтому австралийцам приходится импортировать ее из азиатских стран, к примеру, из Индонезии. Новая порода уже через несколько лет позволит отраслевикам пользоваться своей древесиной.

«Если период созревания обыкновенных лиственных деревьев для промышленных целей составляет 60 и более лет, то выращивание SupaTree позволит компаниям в несколько раз быстрее восстанавливать лес и заниматься его заготовкой без всякого ущерба», – говорится в докладе инвестиционного фонда. Привлекая инвесторов, FastForests Inc отмечает, что, даже если доля древесного сырья компании на мировом рынке составит около 1%, ее годовые продажи достигнут около $1,483 млрд.

Тем не менее стоимость продуктов лесной отрасли в мировой торговле гораздо меньше экономически, чем стоимость продовольствия, а целесообразность применения биотехнологии в лесном хозяйстве еще никто четко не продемонстрировал. В данный момент из-за отсутствия достоверной информации невозможно сформулировать вывод  относительно всех потенциальных последствий для природы от использования технологий генной инженерии в лесной отрасли.

Но в Подразделении сельского хозяйства Организации Объединенных Наций (Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO) убеждены, что, поскольку 95% мировых лесов являются натуральными или полунатуральными, плантации генетически измененных деревьев останутся относительно ограниченными по площади. Наиболее тревожная ситуация, по мнению всех исследователей, возникает в тропических лесах: основная часть сокращения мировой лесной площади произойдет за счет именно этих лесов. Ежегодно их площадь уменьшается на 1,2%, или на 11 млн га, т.е. процесс обезлесения принимает угрожающие масштабы. Подсчитано, что если темпы сведения тропических лесов сохранятся в будущем, то к 2025 году они полностью исчезнут с лица Земли.

Крайне тревожная ситуация складывается в связи с быстрым ростом потребностей в топливной древесине. В 1995 году в мире сжигалось 1,8 млрд кубометров древесины, а ее дефицит оценивался в 300 млн кубометров. Потенциальная потребность человечества в дровяном топливе с каждым годом растет. В то же время, вследствие сокращения лесных площадей и истощения древостоев, леса не могут дать должного количества дров для человека. Топливная древесина имеет слишком низкую товарную стоимость, ее перевозки на длительные расстояния нерентабельны, и поэтому она не является предметом мировой торговли. Во многих экономически бедных странах население будет лишено возможности обеспечить себя топливом, что, безусловно, приведет к серьезным социальным последствиям. В настоящее время в развивающихся странах более 250 млн человек испытывают серьезный дефицит топливной древесины, а всего нехватку дров ощущают на себе около 1,3 млрд человек.

По оценкам различных организаций, площадь мировых лесов в последние годы сократилась до 3,5 млрд га. В экономически развитых странах прогнозируется значительное улучшение качества древостоя, увеличение его продуктивности и рост общей площади под лесами. Согласно прогнозам FAO,  валовое потребление древесины к 2010 году может достичь 2,25 млрд кубометров. Потребности мирового хозяйства в древесине оцениваются в 2,6 млрд куб м, лесные массивы мира будут в состоянии удовлетворить спрос лишь на 2,5 млрд куб м круглых лесоматериалов.

Прогноз: Пока первые опыты с трансгенными деревьями не превратятся в коммерчески успешные проекты, генная инженерия в лесном хозяйстве не получит широкого распространения. А опыты с плантациями трансгенных деревьев будут оставаться вычурными проектами, с трудно предсказуемыми результатами.