Ботаники, сами того не ожидая, наткнулись на растение, которое может стать ключом к решению одной из самых въедливых проблем индустриального мира — загрязнению почв тяжёлыми металлами. И самое забавное: его геном был практически полностью известен ещё до того, как учёные всерьёз взялись за дело. Всё потому, что новообретённый чистильщик — близкий родственник Arabidopsis thaliana, того самого модельного растения, на котором генетики ставят опыты, как на дрозофиле.

Речь идёт о виде Arabidopsis halleri, представителе семейства капустных. Он не просто выживает на почвах, отравленных кадмием и цинком, — он, похоже, процветает там, где другие вянут. В его листьях накапливается до 2,2% цинка и до 0,28% кадмия от сухой массы. Цифры, от которых любой агроном схватился бы за голову, для этого растения — норма.

Как природа сама подсказала решение

Тяжёлые металлы и их оксиды десятилетиями копятся в земле вокруг заводов, шахт и автомагистралей. Они не разлагаются, не исчезают — только переходят из одной формы в другую, просачиваясь в грунтовые воды и попадая в пищевые цепочки. Санитарные службы бьют тревогу, а экологи ищут способы вытащить эту отраву обратно. Иногда на помощь приходят неожиданные союзники — например, тополь, который полгода назад генетики «научили» разлагать трихлорэтилен, пересадив ему ген печёночного фермента. Но с кадмием и цинком долгое время было сложнее.

И вот группа немецких ботаников из пяти научно-исследовательских институтов обратила внимание на скромное растение, которое, казалось бы, само напрашивалось на изучение. Arabidopsis halleri рос на загрязнённых участках как ни в чём не бывало, и учёные решили выяснить, в чём его секрет. Результаты работы приняты к публикации в одном из ближайших выпусков Nature.

Гены-уборщики и их пересадка

Исследователям удалось не просто найти гены, отвечающие за устойчивость к металлам и их накопление, но и перенести их в Arabidopsis thaliana — тот самый «лабораторный» вид, чей геном давно прочитан вдоль и поперёк. Получившийся гибрид приобрёл черты экстремофила: он не только терпит запредельные концентрации цинка и кадмия, но и, судя по всему, предпочитает именно такую среду. Это открывает дорогу к созданию растений-фиторемедиаторов — живых насосов, выкачивающих яд из земли.

Учёные не исключают, что в будущем те же гены можно будет добавить и другим видам — возможно, более крупным или быстрорастущим, чтобы процесс очистки шёл быстрее. Пока же сам факт, что механизм детоксикации удалось не только подсмотреть у природы, но и воспроизвести в контролируемых условиях, — серьёзный шаг вперёд.

Почему это важно именно сейчас

Загрязнение кадмием и цинком — не абстрактная угроза. Кадмий, например, накапливается в почках и костях, провоцирует остеопороз и считается канцерогеном. Цинк в малых дозах необходим, но его избыток токсичен для растений и водных организмов. Традиционные методы очистки — вывоз грунта, промывка химикатами — дороги и разрушают саму почву. Растения же делают работу мягко, дёшево и без побочных эффектов.

История с Arabidopsis halleri лишний раз подтверждает: природа часто уже придумала решение, нужно только внимательно посмотреть по сторонам. Иногда — буквально под ноги, на обочину промзоны. И хотя до полномасштабного применения таких растений ещё далеко, сам принцип «генетической доработки» природных чистильщиков выглядит многообещающе.

Кстати, умение живых организмов выживать в, казалось бы, несовместимых с жизнью условиях мы наблюдаем не только среди растений. Совсем недавно, например, черви-нематоды были найдены на глубине 3,6 км — и это новый вид, где, по всем расчётам, ничто не должно шевелиться. Но жизнь снова оказалась изобретательнее наших прогнозов.