Скрытая красота: удивительные микрофото сельскохозяйственных растений

От салата до десерта, большинство продуктов на вашей тарелке восходит к тщательно выращиваемым растениям. Даже мясо, которое вы едите, скорее всего, поступает от животных, которых кормили частями сельскохозяйственных культур, передавая энергию, собранную от солнца, вверх по глобальной пищевой цепи.

Роберт Дэш — широко известный фотограф и большой поклонник мира природы использует микрофотографию, чтобы придать новое измерение нашему общему пониманию мира вокруг нас.

Любители пиццы, несомненно, оценят бутон оливкового дерева при 80-кратном увеличении, из которого затем вырастут сочные черные оливки. Оливковые деревья — это многолетнее древесное растение, способное на длительное время связывать углерод. Международный совет по оливкам утверждает, что оливковое масло поглощает 11 килограммов CO₂ на литр произведенного оливкового масла.

Во многих частях света оливки являются основным продуктом питания, но климатический хаос может нанести ущерб рощам. В Италии их выращивают более 500 сортов, а объем производства оливкового масла в 2017 году составил более трех миллиардов евро. Затем, в 2018 году, отрасль потерпела крах. Страшный холод, жара и дождь ослабили деревья, которым еще больше повредило распространение инвазивных тропических бактерий. Тысячи деревьев, возраст некоторых из которых составляет 1400 лет, были вырублены в попытке остановить распространение этого бедствия. В Марокко некоторые производители сажают оливковые деревья на террасах на склонах холмов, чтобы уменьшить эрозию, и используют капельное орошение, чтобы поливать деревья водой. Испанские миссионеры сажали оливковые деревья в Калифорнии в 18 веке, и они процветали, производя в основном столовые оливки. Повышение температуры, непредсказуемая погода и учащение лесных пожаров также побуждают производителей высаживать десятки сортов олив на севере, в Орегоне. Производители оливкового масла намекают на возможный сдвиг производства продуктов питания в Северной Америке на север.

Колючая пыльца покрывает цветок подсолнечника, видимый здесь при 700-кратном увеличении. Исследователи, изучающие подсолнечник, недавно сформировали всемирную команду для изучения генетической библиотеки растения. Они обнаружили, что геном подсолнечника на 20 процентов больше генома человека, а количество генов примерно в два раза больше. Это позволяет получить большое разнообразие генетических комбинаций, которые дали начало 70 видам подсолнечника. Наличие карты генома — ключевой шаг в понимании того, как эти замечательные растения процветают в стрессовой среде. Подсолнечник, обладающий высокой устойчивостью к засухе, повышенной жаре, высокой засоленности и болезням, уступает только кукурузе в качестве гибридной семенной культуры во всем мире. Сборщики семян сохраняют дикие сорта в качестве защиты от будущих климатических стрессов. Фермеры сажают подсолнечник в составе смеси покровных культур для улучшения почвы, экономии воды и сокращения использования пестицидов. В Земельном институте в Салине, штат Канзас, ученые пытаются вывести многолетние сорта, которые требуют меньше обработки почвы, удобрений и пестицидов.

Несколько зерен пыльцы цепляются за пыльник цветка фасоли на снимке, сделанном с 3400-кратным увеличением. Фасоль фава является важной культурой, которая снижает необходимость использования синтетических удобрений. Работа по фиксации азота выполняется бактериями, которые живут на корневых узелках, как видно на этом изображении. Исследователи из Дании продвигают фасоль фава как местный источник легкоусвояемого растительного белка. Скандинавские страны с более прохладным климатом получают выгоду от этой культуры, заменяя ей сою, импортируемую из дальних стран. Некоторые производители кормов для домашних животных добавляют в свои продукты белок из фасоли, что помогает снизить спрос на рыбу, выловленную в океане.

Вместе с тем, бобы фава могут вызывать фавизм, тяжелую анемическую реакцию у людей с наследственной недостаточностью фермента G6PD. Чтобы решить эту проблему, ученые работают над устранением из бобов соединений, вызывающих заболевание.

Это семя, которое видно при 34-кратном увеличении, происходит от растения томата Solanum sitiens, дикого родственника современных томатов, произрастающего в чилийской пустыне Атакама. Каждая современная продовольственная культура произошла сотни или тысячи лет назад от того, что ученые называют диким родственником этой культуры. В нашу эпоху стремительного изменения климата эти дикие разновидности приобрели новое значение в качестве преграды против хрупкости современных сельскохозяйственных культур, выращиваемых в более стабильных условиях, которые менее разнообразны генетически. Исследователи собирают и сохраняют семена диких родственников сельскохозяйственных культур и оценивают их гены на способность к противодействию стрессовым факторам, таким как засуха и засоление. Производители экспериментируют с новыми сортами томатов, которые могут хорошо себя чувствовать, несмотря на проблемы, связанные с наводнениями и засухой, сменой вегетационного периода, вредителями и потерями опылителей, таких как пчелы. В Кении, например, фермеры реагируют на климатические угрозы, корректируя время посадки и сбора урожая, высаживая новые сорта и перевозя собранные продукты в более прохладное время суток. В Соединенных Штатах эксперт по помидорам Брэд Гейтс с середины 1990-х годов вводит новые сорта. По его словам, лучшая селекция и большее разнообразие обеспечат выживание помидоров и их успех в будущем.

Нежные ветви скромного листа моркови при 300-кратном увеличении создают величественную форму. Резкие периоды засухи и наводнения поражают морковь, как и многие другие овощные культуры. Семена моркови нуждаются в постоянной влажности и повреждаются при периодической сушке. Из-за чрезмерного тепла у растений быстрее отрастают листья, и они преждевременно зацветают, из-за чего морковь становится горькой и древесной на вкус.

В Калифорнии, где морковь особенно сильно пострадала от высыхания почв после долгих лет засухи, проводятся эксперименты с целью создания моркови, способной противостоять таким условиям. Австралийские исследователи подтвердили, что морковь, выращенная при высоких температурах, хуже по вкусу и текстуре, предполагая, что оптимальный диапазон для роста моркови сместится на юг в более прохладную и влажную Тасманию. В дальнейшем, по мере повышения температуры и уровня CO₂, морковь, вероятно, потеряет питательную ценность.

Проект «Дикие родственники сельскохозяйственных культур» занимается скрещиванием современной моркови и других культур с их дикими родственниками для повышения устойчивости к засухе, жаре и повышенной засоленности. Использование дикорастущих растений для внедрения более разнообразного генетического материала поможет сохранить жизнеспособность и питательность наших основных пищевых растений в непростом будущем.

Это пыльник цветка капусты, покрытый пыльцой, при увеличении в 240 раз. В США годовой объем продаж органических продуктов превысил 50 миллиардов долларов и продолжает расти. Это составляет примерно 6% от общего объема продаж продуктов питания. Всплеск спроса на некогда скромную капусту свидетельствует об изменениях в пищевых предпочтениях. Маркетологи назвали капусту суперпродуктом, сделав ее незаменимой для тех, кто заботится о своем здоровье. Но когда дело доходит до парниковых газов в результате методов органического земледелия, картина не всегда так радужна. Появляется все больше свидетельств того, что крупные органические фермы могут выделять больше парниковых газов, чем обычные фермы. Многие органические фермы полагаются на оборудование, работающее на дизельном топливе, для подавления сорняков и вредителей. Зерновые культуры, выращиваемые на крупных органических фермах, также могут сильно зависеть от обработки почвы. Этот глубокий разрыв почвы разрушает микробные и мицелиальные сети, необходимые для здоровья почвы и улавливания углерода. Навоз, используемый многими органическими фермами, увеличивает содержание метана, парникового газа. Промышленное сельское хозяйство отлично подходит для повышения урожайности за счет использования тяжелой техники, химических удобрений, фунгицидов, пестицидов, орошения и автоматизированной уборки урожая. Что было потеряно, так это опыт, способный сохранять биологическое и экологическое здоровье почвы, и ее потенциал улавливания углерода. Если восстановить эти знания и умения, то капуста действительно станет суперпродуктом.

Пыльца покрывает два пыльника рисового цветка, видимого здесь при увеличении в 340 раз. Экономическая и культурная жизнь более чем миллиарда человек зависит от выращивания риса. Племена анисинаабе и меномини в Верхнем Среднем Западе США в течение нескольких сотен лет выращивали дикий рис, который они называют мануном. Эта еда настолько важна для их культуры, что меномини получили свое название от нее.

Важность риса делает любые угрозы урожаю, такие как пониженное содержание питательных веществ или засоленность почвы, гуманитарной проблемой. Технологические инновации, используемые для обогащения риса, обещают больше питательных веществ. Генетически модифицированный «золотой рис» с повышенным содержанием витамина А был одобрен для производства в Бангладеш и на Филиппинах.

Но значение рисовых культур выходит за рамки питания. Рисовые растения извлекают кремнезем из почвы и упаковывают его в шелуху, чтобы защитить семена от вредителей. Отходы шелухи с диоксидом кремния могут быть переработаны для промышленного использования, от шин и силиконовых пластин до зубной пасты и батарей. Из лузги также можно производить биоуголь, который помогает накапливать углерод в почве.

С другой стороны, по некоторым оценкам, рисовые поля вносят до 17% глобальных выбросов метана, поскольку бактерии, которые размножаются среди корней риса, выделяют этот газ. Разрабатываются новые методы ведения сельского хозяйства, которые уничтожают эти бактерии.

Чиа (Salvia columbariae), фрагмент семени которого показан здесь при 800-кратном увеличении, представляют собой псевдозерновые, содержат минералы, антиоксиданты, клетчатку, жирные кислоты и все девять незаменимых аминокислот. Семена чиа были важным продуктом питания майя более 3000 лет назад. Сегодня чиа рекламируется как суперпродукт без глютена, не влияющий на климат, и он является недорогим источником необходимого питания для бедных слоев населения. Растущий спрос вызвал интерес к чиа в сельскохозяйственных регионах, особенно в Уганде и Восточной Африке, где фермеры могут зарабатывать на чиа в пять раз больше, чем на традиционном хлопке. Семена чиа имеют студенистое покрытие, которое помогает удерживать воду. Исследователи анализируют это с целью адаптации для других видов, которым угрожает засуха. Чиа также продвигается в Египте и на Ближнем Востоке как ценная культура, которая требует гораздо меньше воды, чем традиционно выращиваемая пшеница.

При увеличении в 240 раз поверхность листа хмеля покрыта волосковидными выступами, называемыми трихомами. Хмель и ячмень имеют решающее значение для пивоварения, но некоторые сорта хмеля, используемые для изготовления популярного крафтового пива, находятся под угрозой из-за засухи, высоких температур и экстремальных погодных условий. Долина Якима в штате Вашингтон — один из крупнейших в мире регионов выращивания хмеля, но уменьшение снежного покрова и сокращение ледников в Каскадных горах означает уменьшение количества воды для хмелеводческих хозяйств. Хмель восприимчив к вредителям и плесени, и проблемы усугубляются непредсказуемой погодой. Одно из решений — выращивание хмеля в помещении. Между тем, исследователи делают пиво из ферментированных дрожжей с отредактированными генами, с добавлением сока мяты и базилика вместо хмеля. В отдаленных регионах на юго-западе США можно найти выносливые сорта дикого хмеля, из которых можно получить вкусное экологически чистое пиво, а в некоторых штатах, например, во Флориде, выращивают хмель зимой.

Усик грибницы гриба «львиная грива» показан при 400-кратном увеличении. Трудно переоценить важность грибковых мицелиевых сетей для создания здоровой почвы, оптимальных условий для роста растений и, что примечательно, удержания влаги после дождя. Переплетенные нити мицелия переносят питательные микроэлементы к растениям. Взамен этот грибной «мат» питается сахарами, вырабатываемыми растениями во время фотосинтеза. Коврик связывает почву и помогает разрушать мертвые растения и животных, а также выпускает в воздух триллионы спор грибов, которые действуют как «семена» дождя, помогая создавать облака. В северных лесах, где хранится 16% углерода планеты, грибы лучше, чем деревья, улавливают углерод. Помимо этого, несколько видов грибов доказали свою эффективность в борьбе с раком и другими заболеваниями, а экстракты из них могут использоваться для укрепления иммунитета пчел к вирусным инфекциям, которые могут вызвать разрушение колоний этих важнейших опылителей. Грибковые сети также имеют промышленное применение. Нити мицелия, смешанные с отходами стеблей кукурузы и древесным волокном, создают композиты для упаковочных материалов, пластмасс и клеев. Эти изделия ведут себя как пробка, резина, пластик и кожа. А при утилизации они добавляют в почву питательные вещества.

Крошечное семя черники кажется покрытым чешуей, если смотреть на него при 300-кратном увеличении. Сезонные сдвиги, которые приносят новые вредители, экстремальные погодные условия и меньшее количество опылителей, влияют на чернику во всем мире. Случайные заморозки поверх ранних бутонов могут уничтожить урожай. В 1850-х годах Генри Дэвид Торо задокументировал 16 мая как среднее время цветения высокорослой черники возле своего дома в Уолден-Понд, штат Массачусетс. В 2012 году биолог из Бостонского университета Ричард Примак обнаружил, что средняя дата сегодня — 23 апреля, а самая ранняя дата — 1 апреля. Как и в случае со многими другими культурами в Северном полушарии, ареал, в котором растет черника, перемещается в более высокие широты, и сейчас это Квебек, который уже конкурирует с Мэном как источник дикой черники. Дополнительные угрозы исходят от инвазивной дрозофилы с пятнистыми крыльями — плодовой мухи, которая вредит молодым ягодам и хорошо себя чувствует в теплую погоду.

Команда из Университета Иллинойса опубликовала прогноз о жизни в городах к концу текущего века.Предыдущие климатические модели не давали данных, специфичных именно для городов.Как оказалось, климат в городах меняется быстрее, чем в сельской местности.

По материалам  National Geographic

Читайте также:

Новая технология позволяет оперативно внедрять в растения требуемые гены

На юге Бразилии погиб урожай кофе из-за аномальных морозов