Борьба с эпидемией: какая инфекция губит кофе и что будет дальше
Чай вместо кофе
Кофейное дерево происходит из Африки, и первыми употреблять его плоды начали жители Эфиопии. Из молотых зерен приготовляли нечто вроде лепешек, которые употребляли караванщики в долгом пути. Считается, что отвар первоначально использовался исключительно в ритуальных и, возможно, медицинских целях, однако выраженный бодрящий эффект сделал напиток популярным и в обычных обстоятельствах. К началу XVI века кофе распространился в обширной тогда Османской империи и проник в Европу.
Нидерладнские торговцы быстро разглядели в нем большой коммерческий потенциал и устроили плантации африканского растения на Цейлоне, Яве, Суматре, наладив поставки в европейские страны. Пару веков спустя крупные города по всему континенту уже были полны кофейнями, и острова Юго-Западной Азии, уже перешедшие под власть Великобритании, сделались крупнейшими в мире производителями кофе. К началу 1870-х только с Суматры их экспортировалось около 45 тысяч тонн ежегодно, — и тогда же местные плантаторы стали сообщать о появлении убийственной болезни растений.
Первыми забили тревогу колонисты Цейлона (ныне — Шри-Ланка), давшие напасти прозвище «Эмили-Опустошительница» (Devastating Emily). Вскоре британский биолог Реверенд Беркли (Reverend Berkeley) установил, что инфекция вызывается паразитическим грибком и дал ему то же название, но по-латыни — Hemileia vastatrix. Замечание об опустошении оказалось пророческим: уже к 1879 году кофейное производство на Цейлоне пострадало настолько, что колониальные власти призвали ученых из метрополии, чтобы исследовать эту напасть и найти средства борьбы с ней.
За работу взялся будущий крупный ботаник и фитопатолог Гарри Уорд (Harry Ward), который прибыл на остров в 1880 году и по итогам своих экспериментов предложил использовать для борьбы с грибком фунгицидную известково-сернистую смесь. Однако было уже поздно: остановить эпидемию не удалось, и к 1890 году производство кофе на Цейлоне было уничтожено. В довершение всех бед грибок проник на Яву, в Индию и на Суматру, погубив и их обширные кофейные плантации. Тогда и было принято историческое решение перейти к выращиванию чая, и с тех пор эти острова известны именно чайными плантациями. А центром глобального производства кофе сделались страны Южной Америки, пока еще свободной от болезни.
Сообщение Беркли о «кофейной ржавчине» в The Gardeners' Chronicle, ноябрь 1869 г.
Ржавая болезнь
Надо сказать, что первое описание болезни было сделано в 1861 году, когда британские натуралисты заметили поражение у кофейных деревьев, которые росли в окрестностях африканского озера Виктория. Впоследствии Реверенд Беркли установил, что Hemileia vastatrix относится к группе пукциниевых (ржавчинных) грибов, в которой на сегодня известно почти 8000 видов, выступающих паразитами растений. «Опустошительница» — высоко специализированный паразит, поражающий лишь представителей рода Coffea, включая арабику (Coffea arabica) и робусту (Coffea canephora).
Первые симптомы проявляются на верхней стороне листьев, в виде небольших пятен бледно-желтого цвета. Постепенно они увеличиваются в размерах, а с обратной стороны листа проступает оранжевая «сыпь», рассыпающая споры. Если развитию болезни ничто не мешает, за несколько месяцев каждый пораженный грибком участок производит по 4−6 спороносящих «пятен», выбрасывая порядка 300−400 тысяч новых спор. Со временем лист окончательно отмирает, а инфекция, начавшись с нижних веток, взбирается по кроне все выше. В лучшем случае дерево не принесет урожай, в худшем — лишится листвы и погибнет.
Уредоспоры, посредством которых происходит бесполое размножение и распространение «опустошительницы», диплоидны — то есть несут два ядра и два набора хромосом, «отцовский» и «материнский». Половое размножение происходит лишь в конце сезона, в сравнительно засушливую погоду, когда помимо уредоспор образуются гаплоидные, одноядерные базидиоспоры. Эти споры должны прорасти, найти партнера и слиться с ним, снова перейдя к «взрослой» диплоидной фазе.
Любопытно, что в лаборатории удается проследить этот процесс, однако в природе мицелий «опустошительницы» на этой фазе развития на кофейных деревьях не растет. Предполагается, что у грибка имеется и еще один неизвестный хозяин, хотя определить его никак не удается, из-за чего выдвинуты и другие гипотезы, объясняющие эту особенность паразита. Так или иначе, большой нужды в половом размножении грибок не испытывает и может размножаться поколение за поколением за счет одних только бесполых уредоспор. Скорее всего, именно в виде спор Hemileia vastatrix оказалась за пределами Африки, а затем распространилась и по миру.
Жизненный цикл Hemileia vastatrix: от попадания споры до начала инфекции обычно проходит 1−2 суток, и через 10−14 дней появляются новые споры, производство которых продолжается 3−5 месяцев.
Оружие победы
С того времени как большую часть производства кофе пришлось перенести в Южную Америку местные власти пытались выдерживать строжайший карантин, стремясь не допустить проникновения инфекции на континент. Долгое время это работало, однако в 1970-х болезнь заметили уже в Бразилии. Предполагается, что уредоспоры (у Hemileia vastatrix они имеют почкообразную форму, с острыми шипиками на поверхности) могли попасть сюда, зацепившись на поверхности семян других растений, перемещение которых не регулировалось законом и которые случайно оказались на кофейных плантациях.
Бразильские власти постарались действовать как можно более активно, и вокруг пораженной зоны был установлен 50-мильный (80-километровый) «пояс безопасности», на котором уничтожили все кофейные деревья. Однако паразита это лишь слегка подзадержало: через полтора года болезнь вышла за пределы первоначальной зоны. Инфекция стала распространяться по континенту, грозя подорвать мировую торговлю кофе. В Центральной Америке были приняты новые нормы, которые требовали уничтожать любое дерево с подозрением на «ржавчину», а также все деревья в радиусе 30 метров. Однако споры Hemileia vastatrix могут распространяться с водой и ветром, и сдержать их удается далеко не всегда.
К настоящему моменту лишь несколько регионов мира остаются свободными от грибковой пандемии. За ростом и состоянием кофейных деревьев приходится постоянно и тщательно следить, применяя различные меры для сдерживания болезни: более «свободную рассадку», дополнительное удобрение для поддержания сил растения, затеняя кроны и т. п. Разумеется, массово используются фунгициды, хотя такая практика часто — палка о двух концах. Например, особенно эффективными показали себя препараты с использованием солей меди, однако они недешевы и к тому же способны накапливаться в почве и сами наносят вред окружающей среде. А более безопасные органические вещества (дитиокарбамат и т. п.) имеют куда более слабое воздействие на грибок.
Существуют планы поставить на службу человеку грибок Verticillium hemileiae — гипер-паразит, поражающий саму «опустошительницу». Однако пока это лишь планы, поскольку даже такое поражение не слишком надежно сдерживает инфекцию, и для применения такого «биологического оружия» понадобится получить новые, ГМ-штаммы гипер-паразита, а затем и доказать их безопасность. Поэтому главные надежды связываются с созданием новых, устойчивых к «ржавчине» сортов кофе.
Wikimedia Commons
Поражение листа кофе ржавчиной
Вопросы происхождения
К тому моменту, когда Hemileia vastatrix прибыла в Бразилию, практически все кофейные деревья, которые выращивались на континенте, происходили от одного-единственного растения, которое еще в начале XVIII века было подарено французскому королю Людовику XIV. Остальные — фактически, его клоны, что не такая уж и редкость для сельскохозяйственных растений. Однако связанная с этим генетическая однородность делает их особенно уязвимыми для инфекций. Между тем, известно, что в природе встречаются дикие деревья кофе, устойчивые к заражению «ржавчиной».
К настоящему моменту биологи определили как минимум девять генов, которые могут обеспечивать эту резистентность. Продолжаются работы по получению сортов, которые были бы устойчивы, и при этом приносили бы достаточно богатый урожай, без которого их разведение не имеет большого смысла. Но даже если эта задача будет решена, успех еще не означает автоматически победу над глобальной угрозой. Известно почти полсотни штаммов Hemileia vastatrix, некоторые из которых способны атаковать и резистентные сорта деревьев. Конца этому противостоянию пока не видно, что было продемонстрировано событиями 2012 года.
Тогда вспышка «кофейной ржавчины» поразила около десятка стран Латинской Америки и Карибского бассейна. Это привело к резкому падению производства кофе, спрос превысил предложение, и цены на мировых рынках взлетели. Остановить эпидемию удалось лишь невероятными усилиями — и, очевидно, что лишь на время. «Опустошительница» продолжает жить и действовать, ежегодно отбирая у нас около 15% глобального урожая кофе. Пока что поделать с этим наглым и жестоким вором мы ничего не можем.
