Самое ненавистное растение в мире
Масличные пальмы имеют репутацию экологической угрозы. Могут ли последние результаты генетических исследований изменить это? Ученые работают над идеальной масличной пальмой.
Натану Лейки приходится кричать, чтобы его услышали сквозь грохот машин в лаборатории Orion Biosains недалеко от Куала-Лумпура. Одним из источников шума является оборудование, которым Лейки особенно гордится: робот-сборщик размером с микроволновую печь, который соединяет пластиковые детали и лазером гравирует на них последовательные номера. Производимые детали представляют собой устройства для штамповки образцов листьев, предназначенные для отправки в Индонезию, Малайзию и Мьянму. С их помощью Лейки, американский биохимик и генеральный директор Orion, надеется произвести революцию в отрасли, которая приобрела дурную славу. Пальмовое масло - это товар, который обычно вызывает в воображении образы массовой вырубки лесов, нарушений прав человека и умирающих орангутангов. В таких странах, как Индонезия и Малайзия, на долю которых приходится около 85 процентов мирового производства пальмового масла, масличные пальмы уже заняли более 16 миллионов гектаров земли - земель, которые когда-то были домом для тропических лесов, тропических торфяников и старовозрастных каучуковых плантаций. И нет никаких признаков того, что стремительное развитие этой отрасли замедляется.
Несмотря на свою плохую репутацию, масличная пальма является самой урожайной масличной культурой в мире; из семян рапса в 2017 г. было получено лишь около шестой части количества масла с гектара; Соевые бобы поставляют только десятую часть. И все же потенциал масличных пальм, выращиваемых на плантациях, еще не полностью использован. Основная проблема заключается в генетических и эпигенетических переменных, которые приводят к снижению урожайности некоторых растений. А поскольку молодым пальмам требуется около трех-четырех лет, чтобы впервые дать плоды, фермеры, выращивающие масличную пальму, не знают до тех пор, станут ли деревья, которые они сажают, лучшими производителями масла или просто бесполезной древесиной.
Здесь в игру вступает Орион. Когда листовые пунши, отправленные в Юго-Восточную Азию, возвращаются, лаборанты компании подготавливают и анализируют содержащиеся в них листовые чипсы, а владельцы плантаций впоследствии получают отчет о качестве своих саженцев. По прогнозам Лейки, крупномасштабное применение этого теста может увеличить годовой доход отрасли примерно на 4 миллиарда долларов - без расширения плантаций. «Мы могли бы получить больше нефти с той же площади. Это снизит нагрузку на расчистку новых земель», - объясняет Лейки.
Хорошие чаши, плохая карма
Ученые воодушевлены попыткой Orion довести многолетние исследования генетики масличных пальм до практического промышленного применения. Но нет никаких гарантий, что амбициозные планы компании действительно принесут плоды. Неадекватное регулирование, политическая коррупция и значительный уровень инерции, особенно среди мелких владельцев, которые производят около 40 процентов мирового потребления пальмового масла, угрожают усилиям Orion. «Если национальная система финансирования, обучения и технической поддержки не улучшится, наука не окажет должного влияния», - сказал Эндрю Боварник, глобальный директор Программы экологических товаров Программы развития ООН в Панама-Сити. На самом деле, некоторые эксперты опасаются, что увеличение продуктивности масличных пальм может принести больше вреда, чем пользы.
Плантации масличных пальм покрывают ландшафт к северу, востоку и югу от Куала-Лумпура, как ковер. Если смотреть сверху, они кажутся чистыми и аккуратными в своей пышной зелени, но на земле грязная и холмистая местность кажется другим миром по сравнению со стерильными и высокотехнологичными лабораториями Ориона. Рабочие пробираются сквозь ряды растений, протягивая к навесу длинные шесты с прикрепленным к концу чем-то вроде серпа, чтобы добраться до остроконечных гроздей фруктов. Собранный урожай затем вывозят на главные дороги, где его загружают в грузовики и отправляют на мельницы. При разрезании отдельных плодов размером с мяч для гольфа открывается внешняя мякоть оранжевого цвета (мезокарпий), из которой производится пальмовое масло, используемое в кулинарии и пищевой промышленности. Прилегающая коричневая сердцевинная оболочка (эндокарпий) отделяет мезокарпий от внутренней белой сердцевины; полученное косточковое пальмовое масло обычно используется в производстве косметики, мыла и моющих средств.
Даже если растения в значительной степени одинаковы по внешнему виду, у масличных пальм есть три разных типа плодов - твердая, писифера и тенера, - которые также сильно различаются по выходу масла. Семена типа твердой мозговой оболочки дают начало растениям, плоды которых имеют толстую сердцевину и дают мало масла. Пальмы типа Pisifera иногда бесплодны, но когда они дают плоды, у них часто отсутствует сердцевинная оболочка. Tenera, гибрид Pisifera и Dura, дает плоды с тонкой сердцевиной, из которой можно извлечь много масла. Ген, отвечающий за толщину оболочки ядра, который, кстати, имеет весьма образное название SHELL, был создан в 2013 году совместно исследователями из компании Orion, лаборатории Колд-Спринг-Харбор в Нью-Йорке и Совета по пальмовому маслу Малайзии (MPOB)., исследовательский институт правительства Малайзии, базирующийся в Куала-Лумпуре, идентифицирован.
Традиционно семена Тенерифе производятся производителями, опыляющими цветки женских пальм Dura пыльцой мужских пальм Pisifera. Через девять месяцев созревания семена начинают прорастать. Перед высадкой в открытый грунт саженцы необходимо в течение года выращивать в питомнике. Через три-четыре года пальмы впервые плодоносят и могут давать фермерам хорошие урожаи в течение 20-30 лет. Однако эти методы селекции требуют много времени и не всегда дают лучшие семена. Итак, в 1970-х годах ученые начали клонировать масличные пальмы. Исследователи обнаружили, что они могут извлекать стволовые клетки из срезанных кончиков стеблей пальмы и таким образом выращивать тысячи генетических копий самых урожайных растений в чашках Петри.
Странные плоды клонированных масличных пальм
Хотя изначально клонированные пальмы помогли увеличить производство масла на плантациях, в 1977 году произошло нечто очень странное. В то время Тан Яп Пау был селекционером и исследователем в United Plantations, датской компании по производству пальмового масла, базирующейся в Малайзии. Однажды сборщики урожая принесли ему необычные плоды, которые они давно заметили на клонированных масличных пальмах - зазубренные, тюльпанообразной формы и как-то изуродованные. Хотя Тан из своих исследований знал, что молодые растения могут развиваться ненормально в условиях культивирования, он воспринял деформированные плоды как дурное предзнаменование. Это также должно быть правдой, потому что очень многие из этих «мантийных плодов» (по-немецки что-то вроде «покрытых плодов») не давали ни капли масла, даже несмотря на то, что они были генетически идентичны высокоурожайным масличным пальмам.
Потребовалось почти 40 лет, чтобы тайна была раскрыта. В 2015 году Мейлине Онг-Абдулла, биотехнологу растений, работающему в MPOB, которая также оказалась племянницей Тана, удалось установить виновного. Вместе со своими коллегами ученый открыла карму - мобильный элемент ДНК, также известный как транспозон, который встроился в последовательность гена под названием DEFICIENS, важного для нормального развития плодов масличной пальмы. Однако, присоединяя метильные группы, клетки способны инактивировать такие транспозоны. В соответствии с этим плоды масличной пальмы показывают нормальное развитие при сильном метилировании кармы (учёные также называют это состояние «хорошей кармой»); низкое метилирование ("плохая карма"), напротив, приводит к образованию "закрытых" плодов.
Помимо выбора семян Tenerife с Good Karma, есть и другие свойства растений, которые можно исследовать для оптимизации в будущем. Раджанайду Нукиа, селекционер из MPOB, более 30 лет путешествовал по миру, изучая естественную изменчивость масличной пальмы; с более чем 110 000 саженцев у него самая большая в мире коллекция этих растений. Селекционерам хотелось бы установить определенные признаки его сортов на зрелых масличных пальмах. По словам Сайма Дарби, одного из крупнейших в мире производителей пальмового масла, идеальная масличная пальма должна не только давать большое количество масла, но и иметь небольшой рост, чтобы можно было легче добраться до стеблей фруктовых гроздей. Сами плодоножки будут длиннее, что облегчит их отделение при сборе урожая. В то время как растения будут более устойчивы к болезням, фрукты будут содержать более высокий уровень каротина и йода, а масло, скорее всего, будет более полезным для потребителей.
В четыре раза больше нефти благодаря генетическому тестированию?
Простое тестирование растений на SHELL и Karma может иметь далеко идущие последствия для индустрии пальмового масла, говорит Лейки. Теоретически с одного гектара масличных пальм можно извлечь до 18 тонн масла в год, но в 2017 году в среднем было всего около четырех тонн в год. Хуже всего обычно приходится мелким землевладельцам. Без собственного исследовательского оборудования для селекции и определения лучших культур эти фермы производят только половину масла с гектара, которое могут дать большие плантации. Поэтому Лейки надеется, что листовой пунш, продаваемый компанией Orion, принесет пользу мелким фермерам. Приблизительно за 4 доллара за пальму тесты Orion могут отфильтровать гибридные пальмы Тенерифе с Good Karma, помогая устранить непродуктивные растения на фермах и в питомниках по производству пальмового масла до того, как на их выращивание будет потрачено слишком много времени и ресурсов. Компания также придерживается подхода включения дополнительных генов в масличные пальмы, таких как вариант гена, который вызывает более заметное изменение цвета созревающих плодов. Это снижает вероятность того, что плоды будут собраны до того, как они полностью созреют.
Однако может быть трудно найти доступ к мелким землевладельцам. Они не работают исключительно под свою ответственность, а часто являются членами кооперативов, которые, в свою очередь, снабжаются саженцами и поддерживаются местной компанией. В Малайзии, в то время как независимые мелкие землевладельцы получают свой посадочный материал, ранее проверенный MPOB, у доверенных производителей масличной пальмы, в Индонезии такого контроля нет. Три Виджаянти, национальный менеджер проекта «Инициатива устойчивого производства пальмового масла» в Джакарте, еще одного проекта Программы развития ООН, говорит, что многим независимым мелким фермерам в Индонезии просто не хватает ресурсов для выращивания лучших культур.
Если фермеры не имеют питомников масличных пальм в своем районе или не имеют финансовых средств для покупки высококачественных семян, они просто сажают то, что падает с их деревьев. Но только около половины потомков высокопродуктивных гибридов Tenera сами дают высокоурожайные дочерние растения. Исследователям удалось доказать, что около одиннадцати процентов растительного материала мелких землевладельцев Малайзии состоит из масличных пальм, не принадлежащих к типу Тенерифе. Но дело не только в семенах. Многие фермеры, выращивающие масличную пальму, не могут позволить себе высококачественные удобрения и не знакомы с лучшими методами выращивания. «Владельцам этих небольших ферм не обязательно нужны семена с лучшим генетическим составом», - говорит Эндрю Боварник, работающий в Индонезии с 2010 года. Скорее, у мелких фермеров нет стимула выращивать культуры, которые дают больше всего масла, поскольку им часто платят за вес собранных фруктов. После того, как некоторые фермеры заметили, что «укрытые» плоды в ночные часы впитывают влагу и тем самым увеличивают свой вес, они даже используют это свойство непригодных для производства масла плодов в свою финансовую выгоду.
"Жители деревни всегда говорят нам: "Я просто хочу вырастить остальную часть своих тропических лесов под масличные пальмы‹" (Синтия Онг)
«Владельцы малого бизнеса знают об этих загрязняющих веществах, но им все равно», - говорит Лейки. Однако некоторые фабрики стали ценить качество фруктов больше, чем их вес, добавляет американский биохимик. Это может создать новые стимулы для фермеров, выращивающих масличную пальму. Другие, однако, скептически относятся к тому, что какая-либо технология действительно может освежить репутацию пальмового масла, загрязняющего окружающую среду. «Существующая местная система не способна производить пальмовое масло без вырубки лесов», - сказала Синтия Онг, исполнительный директор Forever Saba, неправительственной организации, занимающейся экологическими проблемами на малайзийском Борнео. «Когда мы посещаем сельское население или проводим семинары, сельские жители говорят нам: «Я просто хочу выращивать масличные пальмы на всей остальной части моего тропического леса». их земля зарабатывает.
Но экономические и политические планы международных инвесторов, корпораций и местных чиновников в некоторых регионах Индонезии и Малайзии потенциально могут помешать усилиям Orion. По словам Агуса Сари, исполнительного директора Фонда Белантара, некоммерческой организации по сохранению и восстановлению окружающей среды в Джакарте, слабость правоохранительных органов представляет собой серьезную проблему. тем труднее получить права на землю на законных основаниях. То же самое и в Малайзии, подтверждает Синтия Онг.
Повышение эффективности может сделать пальмовое масло еще более привлекательным
И в то время как ученые могут полагать, что методы повышения добычи нефти снизят необходимость расчищать больше земли, другие предсказывают обратное. Технологии повышения эффективности могут сделать пальмовое масло более рентабельным и, следовательно, еще более привлекательным для производителей. «Достижения в области повышения урожайности должны сопровождаться более строгим регулированием и установлением правовых ограничений на площадь земли, которая может или должна быть выделена для производства пальмового масла», - сказал Джефф Конант, директор международной лесной программы организации «Друзья Земли». Сан-Франциско, Калифорния - организация, занимающаяся вопросами экологической справедливости.
Реформирование отрасли производства пальмового масла требует широкого согласия всех заинтересованных сторон, и в этом отношении даже существует многообещающий подход. В 2004 году представители отрасли основали «Круглый стол по экологически безопасному пальмовому маслу» (RSPO), который установил практические стандарты выращивания пальмового масла и наградил производителей, соблюдающих эти требования, соответствующей печатью. Однако в прошлом увеличилось количество жалоб на несоблюдение обязательств членами РСПО. Например, в 2016 году малайзийский производитель пальмового масла IOI Group лишился своего статуса RSPO в апреле и предоставил его еще в августе, что заставило некоторых усомниться в достоверности этого знака одобрения. Даррел Уэббер, исполнительный директор RSPO, признает, что есть возможности для улучшения. «Мы можем найти решения только в том случае, если получим обратную связь от других».
Натан Лейки, однако, остается непоколебимым перед лицом этих проблем. В шумной обстановке его лаборатории технические специалисты изучают образцы пальмовых листьев - более 1000 в день. Биохимик также хотел бы продавать свои штампы листьев в Африке, Южной Америке и Таиланде, чтобы затем анализировать до десяти миллионов фрагментов листьев в год. Отчасти это знание о растущем спросе на пальмовое масло в сочетании с сокращением посевных площадей движет им и его коллегами-исследователями. Ожидается, что по сравнению со значениями 2000 года мировой спрос на пальмовое масло удвоится к 2030 году и даже утроится к 2050 году. «Я не знаю ни одной другой культуры, которая могла бы удовлетворить глобальный спрос», - говорит Равига Самбантамурти, биохимик и бывший директор Центра передовых биотехнологий и селекции в MPOB. «Осталось очень мало земли, которую мы могли бы использовать для выращивания сельскохозяйственных культур, поэтому у нас нет другого выбора, кроме как увеличить урожайность масличной пальмы».
Природа 10.1038/543306a 2017