Впервые ученые доказали, что некоторые растения способны полностью восстанавливаться после долгой засухи благодаря спорному процессу, который раньше ставили под сомнение. Исследователи из Университета Колорадо, Государственного университета Колорадо и Министерства сельского хозяйства США считают, что это открытие может изменить сельское хозяйство, сделав его устойчивее к засухам.

Результаты опубликованы в издании Proceedings of the National Academy of Sciences.

Засухи обходятся США в миллиарды долларов: урожаи падают, фермеры тратят больше на полив, а цены на продукты растут.

Когда растение высыхает, в его сосудах — ксилеме — образуются воздушные пробки, которые мешают воде поступать к листьям. Некоторые растения после этого уже не оживают. Чтобы восстановиться, им нужно избавиться от этих пузырьков и запустить движение воды заново — этот процесс называют «заполнением». Но ученые десятилетиями спорили, возможно ли это в принципе.

Большинство доказательств основывались на грубых методах: растения разрезали и закачивали воду под давлением, которого в природе не бывает.

Команда из Колорадо пошла другим путем — они использовали микро-КТ-сканер, специальный рентгеновский аппарат, чтобы наблюдать за процессом вживую, не разрушая растения.

Результат поразил даже их: один из видов дикой травы, иссушенный до состояния «мертвого», уже через сутки после полива полностью восстановил свои сосуды.

Это первое неопровержимое доказательство, что растения могут не просто выживать после засухи, а полностью восстанавливать свою водопроводящую систему, — говорит Шон Глисон, соавтор исследования.

Теперь ученые ищут другие растения с такой способностью, чтобы понять, какие гены за нее отвечают.

Если их выделить, можно будет вывести более устойчивые к засухе сорта сельскохозяйственных культур.

Если растение быстро восстанавливается после засухи, фермеры смогут компенсировать часть потерь, — объясняет Трой Охелтри, соавтор работы. — Это также может изменить подход к поливу, но нужно еще выяснить, как именно.

Неожиданный герой

Воздушные пробки в сосудах появляются у всех растений, но раньше считалось, что полностью избавиться от них невозможно.

Для эксперимента ученые выбрали траву, которая росла прямо на асфальте парковки — выносливая, казалось бы, идеальный кандидат. И не ошиблись: даже когда 88% ее сосудов были заблокированы, после полива она ожила буквально за ночь.

Пока это единственный известный вид с такой способностью, но исследователи уверены, что их больше.

Мы нашли это растение случайно, — говорит Охелтри. — Если оно выжило в таких условиях, значит, природа явно придумала и другие примеры.

Технологии помогли

Исследование стало возможным благодаря сотрудничеству с ветеринарным колледжем, где был микро-КТ-сканер для мелких животных. Он дает меньше излучения, поэтому растения можно сканировать многократно без вреда.

Эта скромная трава удивила нас — ее сосуды восстановились так быстро, что мы не поверили своим глазам, — говорит Николь Эрхарт, директор лаборатории. — Наше оборудование обычно используют для медицинских исследований, но наука тем и прекрасна, что открытия ждут везде.

Это открытие может перевернуть сельское хозяйство в засушливых регионах. Если ученые найдут ген, отвечающий за восстановление сосудов, его можно будет встроить в пшеницу, кукурузу или рис. Фермеры смогут меньше зависеть от полива, а цены на продукты стабилизируются. Кроме того, это снизит нагрузку на водные ресурсы, что критически важно в условиях изменения климата.

Пока исследование касается только одного вида дикой травы — непонятно, насколько универсален этот механизм. Возможно, у культурных растений он заблокирован в процессе селекции, и тогда внедрение гена «восстановления» потребует decades работы. Кроме того, микро-КТ — дорогое оборудование, и масштабировать метод на тысячи образцов будет сложно.

Ранее ученые заметили, что нейтрализовать последствия засухи можно с помощью удобрений.