Bayer и Gingko Bioworks хотят заставить кукурузу обеспечивать себя азотом

Bayer и стартап Gingko Bioworks создали новую компанию, которая будет помогать кукурузе и пшенице приманивать к себе азотфиксирующие бактерии.

Азот необходим для роста растений, но он также стал серьезной проблемой для устойчивого сельского хозяйства. Многие культуры (например, кукуруза, пшеница и рис) нуждаются в огромном количестве азота, но не могут сами его производить. Это означает, что фермеры должны использовать удобрения, очень много удобрений. Новая, ещё не названая компания, созданная  Bayer (одной крупнейших агрохимических компаний в мире) и бостонским стартапом Gingko Bioworks, попытается это изменить. Ей поручено использовать ресурсы и опыт обеих материнских фирм, чтобы придумать способ заставить бактерии, содержащие азот, держаться нужных растений.

В чём проблема?

Чтобы понять, что эта новая компания пытается сделать, сначала требуется ликбез с биохимии. Как мы сказали, растения нуждаются в азоте, и его можно найти естественным путем: он содержится в воздухе и почве. Кажется, это идеально, не так ли? Не совсем. Растения не могут просто всасывать этот азот в чистом виде. Он должен быть преобразован в форму, которую они смогут поглотить. Большинство растений не могут сделать это сами, поэтому полагаются на помощника.

В случае некоторых культур, особенно бобовых (таких как фасоль, горох и чечевица), этим помощником является бактерия семьи Rhizobia. Эти бактерии удивительны, жизненно важны и незадействованные! Они живут в почве, и не работают, пока не найдут растение-хозяина, которого любят. Затем они закрепляются на корни этого растения, и начинают образовывать маленькие сферические узелки. Это не паразитические отношения: бактерии нуждаются в растении, а растение ― в бактериях. После того, как узелки сформированы, бактерии «фиксируют азот», который потом превращается в аммиак. Аммиак представляет собой соединение азота и водорода ― водород также находится в воздухе и в почве, ожидая пока его используют ― и растения наконец-то могут это употребить. Таким образом, бактерии создают вкусный аммиак в почве, делая её богатой и плодородной для любых растений, которые хотят там расти дальше. Все побеждают: бактерии растут, а растение (как и почва, и планета) становится более здоровыми.

Другие культуры, например, кукуруза и пшеница, не привлекают эти азотфиксирующие бактерии. (Мы не совсем знаем, почему: это одна из тех вещей, которую новая компания пытается понять.) Это означает, что мы, люди, должны прикладывать усилия, чтобы выращивать эти культуры в нужном количестве, ― вносить азотные удобрения. По оценкам ФАО, к 2018 году мировое потребление удобрений превысит 200 миллионов тонн, что имеет много негативных последствий. Для этого требуется добыча нефти или природного газа ― они являются хорошими источниками водорода, одним из ключевых компонентов аммиака. Это также, разрушительно для окружающей среды: избыточное использование удобрений воздействует на водные ресурсы, отравляет рыбу, вызывает «цветение» воды и в целом разрушает природный мир.

Уже прилагается много усилий по сокращению использования удобрений: иногда это связано с применением высокотехнологичных приложений или использованием устойчивых методов, таких как севооборот. (Меняют растения, которые фиксируют азот (например, чечевица), на те, которые это не делают (например, кукуруза.) Но это новое сотрудничество Bayer/Gingko Bioworks призвано создать нечто иное.

Что, если бы кукуруза могла сама себе поставлять азот?

Идея здесь в том, что некоторые растения привлекают эти полезные бактерии, а некоторые нет. Что, если мы сможем выяснить, как заставить эти полезные бактерии пристать к корням растений, к которым они не проявляют большого интереса (например, кукуруза)? Теоретически это было бы огромным шагом вперед: кукуруза (как пример) внезапно сможет, подобно бобовым, превращать природный азот в аммиак, который она сможет поглощать. Внезапно потребность в удобрениях либо резко сократится, либо полностью устранится ― наряду с использованием природного газа и загрязнением, которое приходит с удобрениями.

Это невероятно сложный проект. Компания должна проанализировать сотни тысяч различных бактерий, чтобы найти необходимые качества. Затем нужно приступить к выращиванию на заказ бактерий в лаборатории с этими качествами, а потом выяснить, как их упаковать в нужную форму (например, покрытие для семян). Это никогда не делалось раньше, но компания оптимистична. Они указывают, что бактерии, которые симпатизируют бобовым, имеют симбиотические отношения с растениями: культурам тоже нравятся бактерии. Таким образом, в компании надеются, что они смогут найти способ привить эти «любовные» чувства растений к бактериям.

Кому это будет интересно?

Хотя это действительно может стать мировым достижением, стоит отметить, что у устойчивого сельского хозяйства уже есть некоторые решения этих проблем. Благодаря севообороту, бобовые и другие привлекательные для бактерий растения, вводят аммиак в почву. Органические удобрения, которые не производятся из нефти или природного газа, медленно разлагаясь, также обеспечивают долгосрочное решение.

Эти и многие другие решения уже существуют, но новая компания не нацелена на фермеров, которые уже используют эти методы. Компания Bayer/Gingko Bioworks нацелена на крупномасштабных фермеров с монокультурами. Поэтому теоретически это может значительно помочь в сокращении использования удобрений.