Как наука увеличивает ваши овощи

Оказывается, растения и животные чувствуют питательные вещества одинаковым способом.

Фрукты и овощи в супермаркетах действительно становятся больше — и это не случайно. Ученые, такие как доктор Брендан О'Лири из Центра передового опыта ARC в области энергетической биологии растений Университета Западной Австралии, работают над увеличением размера сельхозпродукции для повышения эффективности сельского хозяйства.

«Мое исследование направлено на то, чтобы помочь растениям стать более энергоэффективными, чтобы они могли лучше использовать энергию, получаемую от Солнца, для выращивания большего количества пищи для нашего постоянно растущего населения», — говорит Брендан.

Ключом к работе является понимание того, как клетки растений решают, как использовать энергию, получаемую в виде питательных веществ. Люди делают то же самое, но иным путем. После обильной еды нашим клеткам нужно решить, что делать с поступившими питательными веществами. Часть из них будет запасена, если нет немедленной потребности в энергии.

Химическое вещество, ответственное за организацию сигналинга о питательных веществах, называется мишень рапамицина (TOR).

TOR — «менеджер» клетки

«Представьте TOR как менеджера каждой клетки, отвечающего за питание, — говорит Брендан. — Он координирует усилия по росту. Если бы вы вошли в клетку и спросили: "Кто здесь принимает решения об использовании питательных веществ? Я хочу поговорить с начальником", вы бы говорили с TOR».

TOR сам не обнаруживает уровень питательных веществ. Он получает сигналы от некоторых белков и затем направляет другие белки на выполнение клеточных задач.

Несмотря на огромные различия между растениями и животными, TOR присутствует в клетках и тех, и других. Однако, в то время как клеточная сигнализация и рост, связанные с питанием аминокислотами, хорошо изучены у животных, с растениями все иначе. У них отсутствуют белки, которые, как известно, чувствуют уровень аминокислот у животных.

«Было очень удивительно обнаружить какую-либо связь между тем, как питание работает у растений и животных, потому что они получают энергию из таких разных источников, — отмечает Брендан. — Растения используют фотосинтез и поглощают питательные вещества из почвы, тогда как животные поедают другие организмы».

Древние привычки

Присутствие TOR как у растений, так и у животных предполагает, что TOR управлял клеточным сигналингом о питательных веществах с момента появления первых многоклеточных организмов.

Это имеет смысл, если учесть, что оптимизация управления доступными пищевыми ресурсами, вероятно, является одним из лучших достижений эволюции. Некоторые организмы летают, другие живут под водой, но способность расти и управлять питанием всегда важна.

«Можно представить эволюционное давление на организм, заставляющее его использовать питательные вещества наилучшим образом. Правильная стратегия дает огромное преимущество над организмом, у которого ее нет».

Понимание того, как растения управляют энергией и питанием, жизненно важно для максимизации урожайности.

«Мы хотим, чтобы сельскохозяйственные культуры направляли как можно больше своей энергии на выращивание пищи для нас. Понимая, как растения используют питательные вещества и энергию, мы можем влиять на них, чтобы они росли определенным образом, что было бы рискованно в дикой природе. В дикой природе рискованно вкладывать много энергии в выращивание семян или плодов. Но это именно то, что нам нужно».

Как нарастить массу

Брендан видит сходство между повышением урожайности и бодибилдингом.

«После тренировок спортсмены очень внимательно относятся к потреблению белка и аминокислот. Это потому, что они хотят иметь достаточно аминокислот в организме для наращивания мышц. При достаточном количестве аминокислот их клетки принимают решение наращивать больше мышц».

Таким образом, стратегии максимизации урожайности подобны тому, как фермеры выступают в роли персональных тренеров для своих культур, направляя потребление питательных веществ и энергии на определенный тип роста.

В условиях меняющегося климата, сокращающихся ресурсов и растущего населения это исследование окажется жизненно важным для обеспечения устойчивого и энергоэффективного источника пищи в будущем.