Путешествие в хранилище — как хранят семена растений в России и мире
Представьте, что на Земле случилась глобальная катастрофа и все растения погибли. Как выжившие люди смогут восстановить планету и растительный мир? На этот случай в мире существуют хранилища семян. Давайте заглянем в главные из них на Земле и узнаем, какие плану есть у ученых по созданию хранилищ на Луне.
Первый в мире банк семян растений или Генетический Ноев ковчег
Первое в истории человечества хранилище семян было создано в Санкт-Петербурге российским ботаником Николаем Ивановичем Вавиловым. Уникальную коллекцию растениеводства ученый вместе с командой собирал с 1904 года.
В период с 1923 по 1940 год ученый совершил 180 экспедиций в 65 стран мира. Каждая экспедиция приносила в коллекцию новый экземпляр растения или сельскохозяйственной культуры.
В результате экспедиций, появилась самая богатая в мире коллекция семян культурных и сельскохозяйственных растений, включающая более 250 тысяч образцов.
Ценой собственной жизни
Во времена Великой Отечественной войны ученые Всесоюзного института растениеводства (ВИР) продолжали тщательно ухаживать за коллекцией и оберегать ее. Исследователи совершили выдающийся подвиг во время осады Ленинграда, сохранив огромный фонд ценных зерновых культур и картофеля, пожертвовав жизнями.
На тот момент в хранилище института находились съедобные семена картофеля, риса, пшеницы, кукурузы, бобов и орехов. Запасов было достаточно, чтобы помочь селекционерам пережить голодные годы блокады, но никто из них не воспользовался этой возможностью. Из 16 комнат, заполненных образцами, ученые института не съели ни единого зернышка, ни одного картофельного клубня.
Двенадцать сотрудников умерли от голода, чтобы сохранить ценный материал, который помог восстановить сельское хозяйство после войны.
Цель учёных сегодня
Сегодня Всероссийский институт генетических ресурсов растений им. Н.И. Вавилова (ВИР) по значимости можно сравнить с золотовалютным фондом страны или запасом пресной воды на космическом корабле. Это крупнейший в России и один из самых больших генетических банков в мире, а точнее, коллекция генетических ресурсов растений и плодоягодных культур.
Именно здесь хранят уникальную коллекцию семян и саженцев, которая насчитывает уже более 320 тысяч образцов и полностью продублирована — на случай чрезвычайных ситуаций. Только образцов пшеницы, из которой делают хлеб, здесь хранится более 30 тысяч единиц.
В ледяных контейнерах — криотанках, — в парах жидкого азота при температуре минус 200 градусов по Цельсию хранятся образцы плодовых культур: черенки черемухи, вишни, черешни, смородины, абрикоса, клубни картофеля и многие другие.
Коллекция семян не пылится, а постоянно пересевается и используется в научных целях. Благодаря этому выводятся новые сорта. Ученые здесь не только сохраняют коллекцию, но и работают, исследуют материалы, чтобы помогать селекционерам выводить новые сорта, более устойчивые к разным изменениям климата и вирусам.
Цель ученых — сохранить уникальные образцы и приумножить лучшие из них. Для этого в одном из филиалов ВИРа, в городе Пушкин, с живыми экспонатами Вавиловской коллекции работают на микроскопическом уровне.
Планы на будущее
В марте прошлого года российские ученые приступили к созданию Национального центра генетических ресурсов растений — сети из более чем 20 научных институтов, объединенных общей целью: сохранить и приумножить богатый потенциал отечественного семенного материала.
Всероссийский институт генетических ресурсов растений имени Вавилова стал базой и сердцем этого проекта, который в будущем позволит обеспечить продовольственную безопасность и технологическую независимость России.
Кубанский генетический банк семян
В 1976 году был создан Кубанский генетический банк семян (КГБС), ведущий центр по сохранению генофонда растений в России. В те времена главным вопросом, стоявшим перед учеными-ботаниками, была сохранность уникальных образцов, которые могли вымереть в результате природных катастроф, эпидемий, изменения климата или воздействия человека. Тогда было принято решение создать специальное хранилище, где образцы могли бы храниться в условиях, исключающих их гибель.
На базе Кубанского научно-исследовательского института сельского хозяйства был создан Кубанский генетический банк семян. Ученые занимались сохранением растений, выращиваемых в Кубанском регионе, и разработкой новых методов их хранения.
В течение первых лет своего существования банк активно сотрудничал с другими институтами и научными центрами, обменивался образцами и научным опытом. В 1986 году он был переведен в подчинение Кубанского государственного аграрного университета, где и находится по сей день.
Научно-исследовательская деятельность
В 2013 году Кубанский генетический банк был зарегистрирован в Международном сетевом фонде по сохранению растительных генетических ресурсов (Секция Кавказ). С тех пор КГБС продолжает свою деятельность, занимается сбором и хранением различных видов растений, а также участвует в научных исследованиях и проектах по сбережению биоразнообразия.
В семенохранилище ведется активная научно-исследовательская работа, направленная на разработку новых методов сохранения семян и их восстановления после длительного хранения. Банк сотрудничает со многими российскими и зарубежными учеными и научными центрами, а также с организациями, занимающимися сохранением генофонда растений разных стран.
Богатство под землёй
Главный генетический банк России находится в поселке со звучным названием Ботаника. Снаружи Кубанский генетический банк семян выглядит как обычное здание, но это только вершина айсберга. Уходящая вниз лестница ведёт к двум подземным этажам, каждый из которых высотой в шесть метров.
Почти всё это пространство (за исключением узких коридоров) занимают изолированные друг от друга камеры с отдельными дверями. Всего их 24 штуки: по двенадцать на уровень. Каждая камера до самого верха заставлена стеклянными контейнерами с семенами различных сельскохозяйственных растений. Всё это можно сравнить с подземным хранилищем сокровищ. Сейфы и камеры Генбанка семян находятся глубоко под землей под замком и строгой охраной. Там всегда поддерживается температура в 4 °C, темнота и определенная влажность воздуха.
Залог продовольственной безопасности страны хранится не в золоте или валюте, а в банках и склянках, где содержатся самые жизнеспособнее образцы. В коллекции есть практически всё, что нужно человеку для жизни — всё разнообразие семян сельскохозяйственных культур, из которых делают пищу, корма для животных, одежду и многие другие продукты.
Коллекция КГБС насчитывает более 10 тысяч образцов, включая сорта зерновых культур, овощей, плодовых и ягодных культур, а также многие виды дикорастущих растений. Здесь хранятся сотни тысяч семян сельскохозяйственных культур со всех континентов. Например, только образцов ячменя разных сортов насчитывается около 16 тысяч, а пшеницы — примерно 37 тысяч.
Кроме того, банк хранит семена редких и исчезающих видов, которые в настоящее время находятся под угрозой вымирания. Большая часть коллекции активно пополняется и хранится при температурных режимах от −18 до +4–5°C. Другая часть семян используется для исследований.
Коллекция длительного хранения семян является стратегическим фондом и, как правило, только пополняется. Две другие — являются рабочими и служат для научно-исследовательских работ, а также для восстановления и размножения образцов семян различных сельскохозяйственных культур. Помимо коллекции семян ВИР в Кубанском генетическом банке хранятся рабочие коллекции семян других научно-исследовательских институтов России и стран СНГ. Наиболее крупные из них коллекции семян риса Всероссийского института риса, табака и махорки.
Десять лет назад стоимость всей коллекции Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова, филиалом которого является Кубанский генетический банк семян, оценивалась в 8 триллионов долларов.
Хранилище «Судного дня»
Самое крупное и известное хранилище семян в мире располагается в Шпицбергене. Это обширный полярный архипелаг, который находится на территории Северного Ледовитого океана, в самой северной части Норвегии.
Строительство всемирного банка-семенохранилища было начато в 2006 году и завершено в 2008 году. Проект финансировался правительством Норвегии и обошелся в 9 миллионов долларов. Остров Шпицберген был выбран для возведения хранилища семян потому, что оно находится далеко от цивилизации, но при этом оснащено дорогами для тяжелого транспорта. К тому же, там очень холодно, что является очень важным фактором для хранения семян растений.
Особенности конструкции
Хранилище находится на глубине 120 метров и высечено в скале. Внутри есть три больших зала, которые могут вместить в себя до 2,25 миллиарда семян. На данный момент коллекция включает в себя 900 тысяч образцов. Зернохранилище может помочь восстановить тот или иной вид растений, находящийся под угрозой исчезновения или даже уже исчезнувший.
Вход в хранилище оснащен большими воротами, которые могут выдержать даже самые мощные взрывы. Каждый зал защищен двойной дверью с противовзрывной защитой и представляет собой два герметических тамбура со шлюзовыми камерами, сенсорами движения и стенами из железобетона толщиной в 1 метр, которые способны выдержать попадание ядерной боеголовки или землетрясение.
Семена помещены в запечатанные конверты, которые дополнительно упакованы в многослойные пластиковые пакеты и контейнеры. Внутри хранилища поддерживается постоянная температура −18 °C, а содержание кислорода снижено. Если вдруг холодильные установки на угольном топливе выйдут из строя, то, температура внутри помещений с семенами не будет подниматься выше −3 градусов по Цельсию в течение ещё трех недель, поскольку хранилище находится в северных широтах, всего в 1000 километров от Северного полюса. Такие условия позволят сохранить образцы, пока восстановят неполадки.
Взять семена из хранилища можно в исключительных случаях, если в стране наступила некая катастрофическая ситуация — сильнейшая засуха, голод, война. Например, впервые семена изъяли для Сирии, где семенной фонд был утрачен из-за ведения боевых действий во время гражданской войны.
В 2023 году со дня строительства хранилища семян в Шпицбергене прошло ровно 15 лет. В честь юбилея, компания Virtual Tour Company представила виртуальный тур, который позволяет любому желающему погулять по хранилищу «Судного дня». Чтобы пройти экскурсию, достаточно перейти на сайт Global Seed Vault и нажать на кнопку «Start Tour».
Подземное криохранилище в Якутии
Еще в начале 70-х годов ХХ века профессор Федор Эдуардович Реймерс поднял вопрос о создании криохранилища в толще вечной мерзлоты, который был поддержан руководством ВИРа, Академией наук СССР, руководством ЯАССР[1], а также директором Института мерзлотоведения Павлом Ивановичем Мельниковым. В шахте этого института и появилась первая в мире опытно-экспериментальная лаборатория — криохранилище семян в многолетней мерзлоте.
[1] Якутская Автономная Советская Социалистическая Республика
Единственное хранилище без энергозатрат
В 1988 году началось строительство хранилища, которое было выполнено на высшем уровне архитектуры и техники. Объект имеет форму туннеля длиной более 130 метров и глубиной около 15 метров. В туннеле постоянно поддерживается температура около — 18 °C, что позволяет сохранять культуры десятилетия и даже столетия.
Хранилище создано с использованием современных технологий и материалов. Его стены и потолок защищены многослойным бетоном и пластиком, который предотвращает проникновение влаги и защищает от возможных геологических процессов.
Сотрудники Института мерзлотоведения под руководством главного научного сотрудника Георгия Кузьмина разработали систему охлаждения мерзлоты за счет запасания естественного природного холода и применили ее при строительстве криохранилища в Якутске. На сегодняшний день это единственный в мире энергонезависимый объект. Он не требует внешнего источника электроэнергии для поддержания низкой температуры, хранилище автономно и защищено от любых природных или техногенных катаклизмов, аварий и катастроф на поверхности Земли. Такой эффект достигнут благодаря географическому положению Якутии, ведь она находиться в зонеустойчивой вечной мерзлоты.
Технологии сохранения семян, конечно, отличаются от тех, которые использовались в советский период: сегодня образцы семян упаковывают не в стеклянные баночки и бутылки, а в трехслойный прочный зип-пакет, из которого полностью удаляют воздух.
Уникальное биоразнообразие
Криохранилище в Якутии является уникальным объектом биоразнообразия, где хранятся семена из разных уголков мира. Этот объект является одним из ключевых в России. В якутском криохранилище, по данным на 2022 год, насчитывается порядка 13 тысяч различных видов семян бобовых, злаковых, дикоросов, сельскохозяйственных и древесных растений.
В первую очередь там хранятся семена диких культур, которые могут быть использованы для восстановления естественных экосистем, а также редких видов на грани исчезновения. Образцы приводят в хранилище со всего мира — от Америки до Африки. На данный момент тут насчитывается более 4000 сортов.
Здесь также хранятся основные сельскохозяйственные культуры: пшеница, риса, кукуруза, ячмень, овес, соя и многие другие. С момента открытие хранилища в феврале 2008 года, было сохранено более 1 миллиона образцов из более чем 90 стран мира.
Среди новых образцов, переданных в криохранилище, есть и семена якутских дикоросов и сортов сельскохозяйственных растений, заложенные специалистами якутского НИИ сельского хозяйства.
Все семена хранятся в герметичных контейнерах, которые автоматически погружаются в криогенную жидкость. Это означает, что в случае отключения электроэнергии или других аварийных ситуаций, материал будет продолжать оставаться замороженными и сохраняться.
Важно отметить, что тут есть не только семена, но и другие виды биологического материала — ткани растений и грибы. Благодаря наличию уникальных сортов, оно имеет не только национальное, но и мировое значение.
Кроме этого, это полноценная научная база, где проводятся исследования в области биоразнообразия.
5 преимуществ якутского хранилища
1. Якутское криохранилище и Всемирное семенохранилище на Шпицбергене — это два крупнейших объекта по сохранению биоразнообразия на планете. Она оба имеют свои преимущества и недостатки. Однако, объект в Якутии обладает рядом преимуществ, которые делают его более уникальным и важным.
2. Подземное криохранилище находится на глубине 120 метров под землей. Это позволяет создать уникальные условия для сохранения материала, так как здесь естественным образом постоянно поддерживается низкая температура и влажность. На Шпицбергене такие условия поддерживаются за счет использования специальной техники и оборудования.
3. Якутское хранилище расположено в отдаленном районе, что обеспечивает ему дополнительную защиту от различных угроз, включая террористические атаки. На Шпицбергене защита обеспечивается благодаря географическому положению — оно расположено на одном из самых северных островов мира.
4. Якутское хранилище специализируется на хранении не только семян, но и других видов биологического материала, включая ткани растений и грибы. Это позволяет сохранять биоразнообразие в более полном объеме и проводить более глубокие научные исследования. На Шпицбергене хранятся только семена.
5. Подземное криохранилище является национальным объектом России и финансируется государством. Это обеспечивает его устойчивое функционирование и защиту на государственном уровне. На Шпицбергене хранилище финансируется международными организациями и государствами-участниками, что делает его менее устойчивым в финансовом плане.
Будущее банка в вечной мерзлоте
В 2022 году Россию лишили доступа в мировое хранилище семян растений, которое расположено на Шпицбергене (Норвегия). В связи с этим перед якутским хранилищем открываются большие перспективы развития, так как актуальность проекта существенно повысилась в текущей международной военно-политической ситуации.
В начале 2023 году Совет Федерации заговорили о развитии проекта «Криохранилище семян растений в толще многолетнемерзлых пород с использованием только природного холода». Это инфраструктурный проект научно-образовательного центра мирового уровня «Север: территория устойчивого развития» на территории якутского хранилища. Этот проект выполняется в интересах обеспечения продовольственной и экологической безопасности России.
Стоит отметить, что у якутского криохранилища большая вместимость, которая может быть увеличена при необходимости. В настоящее время в нем хранится более 1 миллиона образцов биологического материала. В то же время, Всемирное семенохранилище на Шпицбергене может вместить не более 4,5 миллиона образцов.
Напомним, что в 2016 году ученые из Великобритании и Австралии заявили, что им удалось вырастить из семян, хранившихся в Якутии, живые растения. Это означает, что хранилище может стать не только банком, но и ценным источником генетического материала для восстановления растительного мира на Земле.
Подземное криохранилище в Якутии стало объектом международного научного внимания, тщательных исследований и разработок. Так, в 2019 году компания из США «Space X» провела исследование семян, хранившихся в там. Предполагается, что криохранилище может стать важным инструментом для будущих космических миссий, в том числе для выращивания культур на других планетах.
Семенной банк тысячелетия
Семенной банк тысячелетия (Millennium Seed Bank, MSB) является крупнейшим в мире банком семян дикорастущих растений. Хранилище находиться под управлением отделения Королевских ботанических садов Кью. В нем находится больше 42 000 видов дикоросов, а это примерно 10% от общего количества всех известных и неизвестных видов флоры. По последним данным, сейчас там хранится более 2,4 миллиарда семян со всего мира.
История проекта
Всё началось в 1996 году, когда группа учёных получила грант на создание проекта по сбору и сохранению семян дикорастущих растений.
Проект был начат доктором Питером Томпсоном под руководством Пола Смита. Уже в 2000 году был построен современный комплекс-хранилище, где теперь базируется «Семенной банк тысячелетия», управляемый отделением Королевских ботанических садов Кью.
Морозильные камеры и рентген
Хранилище состоит из больших подземных морозильных камер, которые защищены от стихийных бедствий, взрывов бомб и радиации. В камерах всегда поддерживается температура -18–20 °C.
Семена для коллекции собираются со всего мира. Полученные образцы подвергаются сушке, которая увеличивает срок их жизни. Затем с помощью рентгеновского снимка определяется качество семени, чтобы заранее обнаружить пустое или поврежденное ядро и заменить его на здоровое.
Семена хранятся в герметично закрытых стеклянных контейнерах (похожих на большие банки) вместе с пакетами силикагеля, пропитанными индикаторными соединениями, которые меняют цвет, если влага просачивается в сборник.
Семена проверяют на жизнеспособность с помощью теста на прорастание вскоре после создания банки, а затем через регулярные 10-летние интервалы. Если сбор семян низкий, повторный сбор урожая из дикой природы всегда является предпочтительным вариантом.
Хранилище из Книги рекордов Гиннеса
Семенной банк тысячелетия признан важным природоохранным проектом и занесен в Книгу рекордов Гиннесса как крупнейший в мире банк семян. Он содержит семенной материал из 190 стран и местностей на всех семи континентах.
По словам доктора Элинор Бреман, каждым двум из пяти нынешних растений угрожает вымирание. Банк семян помогает защищать разнообразие флоры уже более 20 лет, сохраняя его для будущих поколений.
Впечатляющая коллекция MSB содержит семена даже исчезнувших растений, таких как желтый цветок фату Autilon pitcairnense и самая маленькая в мире кувшинка Nymphea thermarum.
Хранилище на Луне
Человечество продолжает искать жизнь в бесконечном космосе. Неудивительно, что уже есть идея построить склад семян на Луне, которая находится на расстоянии 384 400 километров от Земли.
Внутри внеземного склада ученые хотят хранить гены животных и растительного мира, чтобы иметь возможность возродить их в будущем в случае всемирной катастрофы.
Ученые предлагают построить хранилище не на самой поверхности Луны, а внутри лавовой трубки. Это полые туннели, которые миллиарды лет назад образовались под Луной из-за протекавших расплавленных пород. Каждая из таких трубок имеет диаметр около 100 метров, так что места для строительства склада вполне должно хватить. Однако, перед строительством ученым нужно тщательно изучить эти тоннели: оценить их прочность, измерить температуру и так далее. В этом деле им могут помочь роботы, оснащенные оборудованием для сбора грунта и изучения параметров окружающей среды. Подобные роботы уже существую и применяются в сфере сельского хозяйства. Об их использовании мы рассказали здесь.
Как Луна может спасти человечество
Если идею получиться реализовать, то будет построен склад-комплекс из цилиндрических модулей. Внутри модулей будут установлены ряды чашек Петри с образцами генетических материалов. Внутри модулей будет очень холодно, потому что для большей сохранности семена нужно охладить до −180 градусов Цельсия, а сперматозоиды и яйцеклетки — до −196 градусов. Для питания холодильных камер планируется использовать солнечные батареи.
Всего ученые хотят отправить на Луну сперматозоиды и яйцеклетки 6,7 миллиона видов живых организмов. Для этого потребуется запустить около 250 ракет, так что внеземной склад может стать самым масштабным проектом в истории человечества. Сколько времени займет постройка хранилища отправка генетических материалов на Луну — пока не могут подсчитать даже исследователи. Для сравнения, постройка Международной космической станции в свое время потребовала всего лишь 40 запусков ракет.
Выводы
Список растений, занесённых в Красные книги, ежегодно растет. Климатические изменения, вырубка лесов и антропологические факторы негативно отражаются на окружающую среду. С каждым годом растений становится все меньше.
По оценкам ООН, на грани исчезновения находятся около миллиона видов животных и растений — многие из них могут пропасть с планеты уже в ближайшие десятилетия. Поэтому создание хранилищ семян — это важный инструмент защиты растительного мира от вымирания и гарант жизни будущих поколений.
Несмотря на развитие биотехнологий и агрономии, без реальных семян не получится воссоздать многообразие видов.
Сегодня существует около 1700 банков семян по всему миру, которые имеют схожую цель с хранилищами — собирать, сохранять и делится семенами для дальнейших сельскохозяйственных исследований и разработки новых сортов.
Всего в хранилищах содержится около 6,5 млн видов семян и, кажется, этого вполне достаточно для возобновления растительного мира в случае катастрофы.
