Найденный в горах Тянь-Шаня Malus sieversii может хранить секрет того, как сделать другие виды этого фрукта более устойчивыми к изменению климата.
Предгорья Тянь-Шаня в Казахстане - это своего рода генетическая страна чудес, образующая границу между Китаем и Центральной Азией.
Это обширная горная система, и между её высокими склонами, покрытыми елями, и более низкими тополями расположены густые лесные массивы, изобилующие грецкими орехами и дикими фруктами. Среди них абрикосы, алыча и груши, а также Malus sieversii, дикая яблоня - первопредок современного яблока, - которая растёт в этом регионе уже тысячи лет.
Сегодня в мире существуют тысячи сортов яблок - хрустящие, толстокожие «Фуджи», которые появились в Японии в 1930-х годах, ароматные «Гала» и редкие «Розовые жемчужины», многие из которых выведены для придания им особого вкуса, цвета и текстуры. Оказывается, основную часть этих одомашненных яблок можно отнести к казахстанскому сорту Malus sieversii.
Некоторые искусственно выведенные культуры особенно восприимчивы к таким заболеваниям, как яблочная парша - грибковое заболевание, поражающее как листья, так и плоды дерева с неприглядными повреждениями, и к вспышкам высокоинфекционной болезни, которая может полностью уничтожить все деревья.
«Популяции диких яблок отличаются гораздо большим разнообразием генов, чем любой одомашненный сорт», - говорит Роберт Спенглер, автор книги «Fruits from the sends: The Silk Road Origins of the Foods We Eat». Это означает, что ключ к выживанию яблонь может лежать в предгорьях Тянь-Шаня.
Спенглер - археоботаник, изучающий древние останки растений. Он провёл годы, посещая сады диких яблонь в Казахстане и археологические памятники вдоль Шёлкового пути, «собирая воедино след из хлебных крошек» о том, как эта сеть евразийских торговых путей через Центральную Азию непосредственно повлияла на продукты, которые сегодня едят люди.
Принято считать, что яблоки появились в Центральной Азии, а их семена распространялись через пищеварительные системы медведей и других крупных млекопитающих, включая лошадей торговцев Шёлкового пути (и, возможно, некоторых представителей мегафауны, которые сейчас вымерли).
По мере того как торговцы продолжали двигаться на запад - из Китая в Средиземноморье через районы Средней Азии, Ирана и Кавказа, - яблоки тоже продолжали двигаться, скрещиваясь с другими видами в Кавказских горах и Сибири и, наконец, попадая в Европу, что привело к невероятному генетическому разнообразию на этом пути.
Фото: smithsonianmag.com
Это потому, что яблоки гетерозиготны, то есть одно дерево может давать невероятное разнообразие потомства, не оставляя двух одинаковых яблонь. В какой-то момент (по археологическим данным, не менее 5000 лет назад) люди догадались, как их выращивать. «Мы обнаружили, что можно отрезать ветку одного дерева, привить её к корневой системе другого дерева», - говорит Спенглер, - и сохранить этот конкретный сорт». Так родилось современное яблоко.
Только в 1929 году русский учёный Николай Вавилов впервые проследил геном яблока в горах Тянь-Шаня в Казахстане. Однако, весь горный пояс Центральной Азии, вероятно, когда-то был процветающим благодаря близким родственникам Malus sieversii.
Вместе со своими коллегами Спенглер - сотрудник Института геоантропологии имени Макса Планка в Йене (Германия) - нашёл семена яблони в археологических раскопках на территории Кыргызстана, Узбекистана и Туркменистана, что подтверждает не только рабочую теорию о том, что в прошлом дикие яблоневые леса покрывали большую часть этого региона, но и идею о том, что предки современного яблока действительно зародились на более южных окраинах, где более высокая температура соответствовала их привычкам роста.
В течение тысячелетий яблони пробирались на север, в Казахстан, приспосабливаясь к долгим холодным зимам этого региона. Именно эти участки довольно густого леса сохранились до наших дней, где дикие яблони растут рядом с деревьями грецкого ореха и такими фруктами, как груши и абрикосы. Хотя точное количество Malus sieversii неизвестно, большая часть оставшихся в Казахстане деревьев растёт свободно и не тронута, хотя и подвергается угрозе со стороны наступающих застройщиков.
Страна яблок
Расположенный у подножия гор Тянь-Шань, Алматы - крупнейший город Казахстана и бывшая столица страны: разросшийся центр музеев, кафе и советской модернистской архитектуры. Его прежнее название, Алма-Ата, переводится как «отец яблок». Яблоки можно найти повсюду: люди продают их в вёдрах на железнодорожном вокзале города и на обочинах дорог.
Гранитная статуя яблока, известная как Фонтан желаний, возвышается над Алматы с высоты 1,1 км в парке Кок-Тобе.
И, конечно, сами дикие яблоки, свисающие со спутанных ветвей на деревьях высотой от 4,5 до 12 метров. Согласно статье, опубликованной в 2008 году в журнале Orion, в этом регионе произрастает «более 56 диких форм Malus sieversii, 26 из которых можно назвать основными дикими экотипами, а остальные 30 - естественными или древними полуодомашненными гибридами».
Фото: smithsonianmag.com
Вкус этих яблок варьируется в зависимости от опыления
пчёлами. Одни напоминают по вкусу сладкий мёд, другие - кислые и слегка горьковатые. Каждый из них отличается по размеру и форме - от круглых до плоских и конических, а также по цвету - золотисто-жёлтый или насыщенно-красный. На одном и том же дереве могут расти самые разные плоды. Многолетняя адаптация сделала эту флору особенно засухо- и морозоустойчивой, и одно дерево может прожить до 150 лет.
К сожалению, одомашненные яблоневые сады захватили большую часть земель, где когда-то процветал Malus sieversii, что привело к росту числа одичавших сортов, поскольку различные яблони смешиваются. Многие из этих садов появились в Казахстане ещё во времена Советского Союза (с 1936 по 1991 год), когда местные жители намеренно прививали ветви домашних яблонь на корневища диких яблонь, чтобы создать более специализированные и востребованные породы яблонь. В то время также проводились интенсивные рубки леса, в результате которых было уничтожено 80 процентов диких яблоневых лесов.
Поскольку пригороды Алматы продолжают расширяться (за последние два десятилетия город увеличился в размерах более чем в два раза - с почти 337 квадратных километров в 2001 году до более чем 673 квадратных километра в 2021 году), новое строительство может уничтожить многие участки, где ещё растут дикие яблони, что может иметь разрушительные последствия для современного яблока.
Наука о геномах
Чжанцзюнь Фэй - биолог, специализирующийся на интегративной науке о растениях в нью-йоркском Институте Бойса Томпсона, независимом исследовательском институте, занимающемся использованием наук о растениях в интересах общества, включая улучшение сельского хозяйства и защиту окружающей среды.
«Большинство диких яблок не являются на 100 процентов чистыми, потому что скрещивание очень легко и распространено», - говорит Фэй, чья работа по геномике яблок (полный набор ДНК организма) расширяет понимание одомашнивания, истории и эволюции яблок. Тем не менее, Фэй по-прежнему называет Malus sieversii диким видом. «Они представляют собой очень ценный ресурс для будущего улучшения яблонь», - говорит он, - «поскольку они всё ещё содержат гены или аллели более устойчивы, чем домашние».
В 2017 году Институт Бойса Томпсона выпустил работу, в которой подробно описал, как древние сети Шёлкового пути открыли путь для генетического обмена, благодаря которому появилось современное яблоко. Проведя секвенирование и сравнение геномов 117 различных сортов яблок, включая дикие яблоки из США и Европы, институт обнаружил, что примерно 46 процентов генома домашнего яблока происходит от казахстанского Malus sieversii. Остальное - это комбинация яблони лесной (21 процент) и яблони неизвестного происхождения (33 процента).
Но хотя годы адаптации к местным условиям сделали Malus sieversii гораздо более устойчивым к болезням и угрозам, говорит Фэй, само яблоко, как правило, имеет мягкую текстуру и простой вкус, что не является популярным качеством среди потребителей.
Люди обращают внимание на качество, вкус и размер, как у крупных, мясистых яблок сорта «Гала» и хрустящих «Голден Делишес». Тем не менее, генофонд этих популярных сортов яблок зачастую довольно скуден, а это значит, что одна болезнь может уничтожить сотни или даже тысячи яблонь за месяц или два.
К счастью, работа Фэя и его команды по секвенированию, сборке и сравнению геномов трёх видов - яблока сорта «Гала» и двух его основных диких прародителей, яблони лесной (Malus sylvestris) и Malus sieversii- может не только предоставить селекционерам информацию, позволяющую сделать яблоко более хрустящим, ароматным или менее восприимчивым к плесени, но и помочь повысить устойчивость к стрессам и заболеваниям среди домашних яблок.
Этот процесс включает в себя определение генов, отвечающих за эти конкретные качества, чтобы затем селекционеры могли включить их в несколько репродуктивных циклов для получения желаемого эффекта.
Сохранение диких яблок Казахстана
В горах Тянь-Шаня растут «прекрасные, богатые видами леса, содержащие важное хранилище генетических вариаций», - говорит Адриан Ньютон, британский специалист по сохранению лесов и эколог из Борнмутского университета на юге Англии, который восемь лет ездил в Казахстан и обратно, чтобы помочь местным экологам защитить дикие деревья страны.
Ньютон не одинок в своём увлечении. В 1998 году американский журналист Майкл Поллан написал для New York Times статью о своём посещении коллекции яблонь Министерства сельского хозяйства США в Женеве, штат Нью-Йорк, которую он назвал «возможно, самой полной коллекцией яблонь в мире». Здесь Поллан лично познакомился с Malus sieversii - дикой яблоней, которая долгое время была закрыта в Советском Союзе, и представил её широким массам.
За годы, прошедшие после статьи Поллана, усилия по сохранению диких яблоневых лесов Казахстана и уникального генома, который они хранят, были многочисленными, включая работу самого Фэя, а также Ньютона, который в 2009 году стал одним из авторов доклада о местных лесах «Деревья Центральной Азии, занесённые в Красную книгу».
На сегодняшний день яблоня Malus sieversii занесена в Красную книгу как уязвимый вид.
Совсем недавно Казахский национальный аграрный исследовательский университет в партнёрстве с Немецким федеральным фондом окружающей среды реализовал проект «Альма» по сохранению биоразнообразия эндемичных яблонь в горных регионах Казахстана и Кыргызстана. Часть работы заключается в восстановлении старых и выведении новых сортов плодовых культур.
Кроме того, успешно ведётся работа по признанию алматинских яблок сорта «Апорт» - культурного сорта с медовым ароматом и кисло-сладким вкусом, который переселенцы из Воронежской губернии России впервые привезли в Казахстан в середине 1850-х годов - в качестве казахстанского бренда, подобно тому как сыр «Пармезан» происходит из итальянского региона Парма-Реджио, а
шампанское - из французского региона Шампань. Статус «географического указания» не только гарантирует подлинность, но и предотвращает подделки, а также привлекает внимание к защите яблок региона в целом.
Хотя большинство диких яблоневых лесов в горах Тянь-Шаня по-прежнему уязвимы для посторонних, в таких местах, как Иле-Алатауский национальный парк, расположенный в Казахстане на площади 2000 квадратных км среди альпийских лугов, разнотравных степей и покрытых снегом вершин всего в 40 км к югу от Алматы, существуют охраняемые территории.
Несколько региональных компаний также предлагают возможность увидеть и узнать о Malus sieversii. Среди них - компания Caravanistan, предлагающая однодневные и четырёхдневные экскурсии в дикие яблоневые леса Казахстана с апреля по октябрь, и местная компания Steppe & Sky Travel, которая с мая по сентябрь проводит однодневные туры по диким садам яблонь, наглядно демонстрируя посетителям различия между современными (включая Апорт) и дикими сортами яблок.
Фото: ubr.ua
«Экотуризм определённо может стать частью решения проблемы спасения диких яблонь в Казахстане, - говорит Ньютон, - особенно благодаря укреплению потенциала местных жителей, чтобы они сами могли рационально использовать леса. Я по-прежнему считаю, что это наиболее вероятный подход к эффективному сохранению лесов в долгосрочной перспективе».
«Спасая дикие яблоневые леса, специалисты по охране природы делают гораздо больше, чем все лаборатории по хранению семян и центры гермплазмы вместе взятые», - говорит Спенглер.