Растения других планет могут быть не только зеленого цвета

10-12-2016: UEFIMA.RU:  Согласно некоторым предположениям, растения других планет могут быть не только зеленого цвета, а черными, красными или даже белыми.

Пока что открыть растения на другой планете, вращающейся на орбите иной звезды, не представляется возможным, так как у нас нет пока таких технологий, которые позволили бы зафиксировать незначительные колебания светового спектра, отраженного от какой-либо экзопланеты.

Но в ближайшее десять лет на орбиту Земли предполагается запустить орбитальный телескоп нового поколения, который, может быть, позволит определить подтвердить или же, наоборот, опровергнуть теорию о том, что на ближайших к нам экзопланетах присутствуют в наличии растения.

Как сконструировать растение

Тайна зеленого листа словно сквозь утренний туман просматривается проницательным взором ученых-биологов. Тонкие физико-химические методы исследований позволили им узнать, как квант света, поглощенный зеленым пигментом — хлорофиллом, отдает свою энергию на поддержание химических реакций, в ходе которых растения создают органическое вещество из неорганического — главным образом углекислого газа и воды.

Совокупность этих реакций — фотосинтез — важнейший биохимический процесс первичного преобразования и накопления солнечной энергии на Земле. За счет ее запасов, аккумулированных растениями в углеводах, белках, жирах, существуют весь животный мир планеты и сам человек. Таким образом, изучение фотосинтеза и поиск путей управления этим процессом, повышения его эффективности имеют непосредственное отношение к производству и оценке потенциальных пищевых ресурсов.

Солнце щедро посылает на земную поверхность колоссальный поток энергии. Какая же часть этой энергии улавливается и запасается растениями?

Оказывается, в планетарном масштабе эффективность фотосинтеза огорчительно низка. Подсчитано, что вся растительность суши, морей и океанов аккумулирует лишь 0,3 процента приходящей энергии солнечной радиации.

Однако у некоторых полевых сельскохозяйственных культур при высокой агротехнике коэффициент полезного использования света достигает значительной величины.

Исследования ученых показали, что в отдельные периоды — у сорго, например, в фазе кущения — при оптимальном режиме орошения и минерального питания полезное использование света может превышать 10 процентов.

Радиационно-тепловой режим южных регинов позволяет круглый год эффективно эксплуатировать орошаемые земли. Чередуя разные культуры, скажем, выращивая летом кукурузу, а в осенне-зимне-весенний период ячмень и вику, можно получить до 60—70 тонн сухой биомассы с гектара.

При этом коэффициент запаса солнечной энергии посевами достигает трех процентов ее годового прихода — на целый порядок выше среднепланетарного. Это свидетельствует о колоссальных ресурсах фотосинтеза.

Метод использования щедрости Солнца связан с повышением культуры земледелия, мелиорацией и реконструкцией естественных угодий и пастбищ, рациональным районированием сельскохозяйственных культур и выведением высокопродуктивных сортов растений. Сейчас такие методы широко используются. Но они не исчерпывают всех возможностей повышения фотосинтетической активности растения.

Активность фотосинтетического аппарата предопределена наследственными особенностями растительного организма. Исследования позволили установить, что здесь участвуют как ядерные гены, так и внеядерные пластогены, связанные с хлоропластами.

В них закодирована программа синтеза ключевых ферментов, ответственных и за созидание самого хлорофилла, и за реакции образования с его помощью углеводов и аминокислот.

Следовательно, активно воздействуя на наследственную основу клетки мутагенами — определенными химическими веществами или радиоактивным излучением, — можно вызвать перестройку ее фотосинтетического аппарата.

Подобное воздействие на природу живых организмов — метод экспериментального мутагенеза — сейчас активно применяется селекционерами: подчас он дает такие формы, которых не сыщешь в природе.

Обрабатывая семена пшеницы гамма-лучами, индийский селекционер М. С. Сваминатан вывел, например, знаменитый карликовый сорт, внедрение которого на полях Индии способствовало значительному повышению производства зерна в этой стране.

Селекционер академик П. Лукьяненко в 1972 году сходным методом получил мутант сорта "безостая-1" и полукарликовую линию пшеницы с высоким содержанием белка и урожайностью свыше 80 центнеров с гектара.

В сочетании с классическими приемами межсортовой и межвидовой гибридизации новые методы позволили значительно сократить сроки выведения новых сортов.

Один из главных факторов внешней среды, определяющих продуктивность, — радиационный режим. Если растения хорошо освещены, то продуктивность будет более высокой. Но это зависит от структуры растений — компактности или раскидистости куста, ориентации листьев в пространстве.

Например, у кукурузы листья расположены вертикально, и даже при большой густоте стояния каждое растение получает достаточно солнечных лучей. А у хлопчатника верхние листья затеняют нижние.

В период цветения и плодоношения, когда смыкаются рядки, средние и нижние ярусы находятся в условиях светового голода, что отрицательно сказывается на урожайности.

Поэтому при "конструировании" новых форм хлопчатника исключительное внимание уделяется геометрии куста. Среди наследственно измененных форм хлопчатника, полученных воздействием гамма-облучения на семена, был выделен мутант "Дуплекс".

Листья у растений здесь расположены так, что мало мешают друг другу, и лучи солнца почти полностью освещают средний ярус. На каждой плодоножке у растений развиваются по две полноценные коробочки, опадание завязей минимальное. Урожайность мутанта на 10 центнеров с гектара выше, чем у исходного промышленного, в лучшую сторону отличается он и по технологическим свойствам волокна.

Исследования генетики фотосинтеза открывают еще одну принципиально новую возможность управлять продуктивностью растений.

Установлено, что хлоропласты имеют свою специфическую дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК — вещество наследственности) и синтезирующую белок систему, а значит, представляют собой в известной степени автономные образования клетки.

В зависимости от генетической программы они могут быть более или менее потенциально активными или же выполнять разные функции. Так, у некоторых злаков — например, сорго и кукурузы — обнаружено два типа хлоропластов.

Один из них располагается в клетках мякоти листа и специализирован на связывании углекислоты. Другой же находится в клетках, близлежащих к проводящим путям, и осуществляет синтез сахаров. Их взаимодействие обеспечивает высокую продуктивность растений.

Фотосинтетическую активность хлоропластов должны обязательно учитывать селекционеры при работе над новыми сортами. Это подсказывает им пути совершенствования растения: прибегая к гибридизации и используя в качестве материнской формы сорта с высокой активностью фотосинтетического аппарата, можно заменить слабоактивные хлоропласты более деятельными.

Широкие перспективы такой целенаправленной переделки природы растений открыла методика культуры протопласта — живого содержимого клетки, освобожденного от ее оболочки.

С помощью тонких микрохирургических инструментов можно осуществить пересадку тех же хлоропластов или внести в наследственный аппарат нужную генетическую информацию.

Такого рода бесполая гибридизация в известной степени облегчает преодоление барьеров несовместимости. Из гибридных клеток, действуя на них физиологически активными веществами, можно вырастить полноценные плодоносящие растения. Комбинируя их наследственные свойства, удается получить новые сорта с желаемым сочетанием признаков.