«Царица полей» против мышьяка

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Попалась мне научная статья про кукурузу. И пока читала ее, все время улыбалась, потому что невольно вспоминала гениальный бессмертный фильм Элема Климова 1964 года «Добро пожаловать, или Посторонним вход воспрещен». Помните, в нем фигурирует «царица полей» кукуруза? Это такая сатирические реплика на известную кукурузную кампанию — попытку массового внедрения кукурузы в сельском хозяйстве Советского Союза в 1950–1960-х годах по инициативе первого секретаря ЦК КПСС Никиты Хрущёва.

Однако сатира сатирой, но у кукурузы как кормовой культуры действительно есть масса достоинств. И вот недавно ученые обнаружили еще одно необычное свойство. И связано оно с мышьяком.

Есть такая мировая проблема — отравление грунтовых вод мышьяком. Недавно ученые составили первую в мире карту грунтовых вод, отравленных этим ядом. Оказывается, что зоны с высокой природной концентрацией мышьяка в грунтовых водах есть на всех континентах.

Где-то эта проблема стоит острее — например, в южных регионах Канады, Калифорнии, севера Аргентины, Намибии и Казахстана, а также во многих регионах Китая и Монголии. А где-то она минимальна и малозаметна, как, например, в России и странах Европы.

Однако грунтовые воды с повышенной концентрацией мышьяка встречаются во всех государствах мира. И в общей сложности под угрозой хронического отравления мышьяком сейчас находится до 220 млн жителей Земли.

Но если загрязнены грунтовые воды, то мышьяк неизбежно оказывается в почвах и влияет на жизнь ее обитателей. Например, в таких почвах гибнут дождевые черви. Да и растения себя плохо чувствуют, что неизбежно сказывается на их урожайности. А она, разумеется, падает. У зерновых и сахарной свеклы — на треть, у бобовых и картофеля — почти вдвое.

Дело в том, что мышьяк по химическим свойствам близок к фосфору — оба элемента находятся в одной группе в таблице Менделеева. Фосфор — желанный гость для растений, для него все двери открыты, потому что это важное питательное вещество. Для его всасывания у растения предусмотрены специальные транспортные каналы в корнях. Этими же каналами пользуется и мышьяк, прикидываясь фосфором. Такой троянский конь. В результате все больше и больше яда попадает в пищевую цепь. А это уже опасность для животных и человека.

И вот тут на авансцену выходит кукуруза, «царица полей». Недавно ученые выяснили, что она вырабатывает вещества под названием «бензоксазиноиды». Они мешают кукурузе всасывать мышьяк из почвы. Более того, попадая в почву, эти вещества обездвиживают мышьяк и не дают ему пролезать в растения.

Разумеется, эта гипотеза была доказана с помощью прямых научных экспериментов. Ученые выращивали кукурузу на почвах с высоким содержанием мышьяка и без него. Причем это были два вида кукурузы — обычная и генетически модифицированная, которая из-за генетического дефекта не могла вырабатывать спасительные бензоксазиноиды.

Результат был однозначным. На почве, содержащей мышьяк, лучше росла кукуруза, продуцирующая бензоксазиноиды. Она же накапливала значительно меньше мышьяка в своей биомассе, чем кукуруза, не выделяющая противоядие. Когда же исследователи добавляли эти вещества в почву, содержащую мышьяк, мутантные растения также были защищены от токсичности мышьяка (PNAS).

Похоже, бензоксазиноиды связывают мышьяк по рукам и ногам и не дают ему всасываться через корень. Какие химические процессы стоят за этим — еще предстоит выяснить. Вероятнее всего, эти вещества образуют громоздкие комплексы с мышьяком, не влезающие ни в какие каналы растений.

Тут вывод напрашивается сам собой. На тех почвах, которые по воле природы загрязнены мышьяком, надо выращивать сорта растений, выделяющие больше бензоксазиноидов. Причем их можно получить с помощью селекции или генетической модификации. Ну и, конечно, кукурузу надо привлекать к восстановление почв, техногенно загрязненных мышьяком. Если где и должны найти применение кукурузные таланты, так это точно в фиторемедиации почв.