Какие деревья будут жить, а какие умрут?
Для фруктовых деревьев Калифорнии 2021 год был годом жажды. Почти 90 процентов территории штата пострадали от сильной засухи. Более 70 000 ферм, которые выращивают треть фруктов и орехов страны, в том числе миндаль на 6 миллиардов долларов в год и фисташки почти на 1,6 миллиарда долларов, выживают из-за сокращенного водного пайка.
По всем признакам, эта острая нехватка воды - это всего лишь пример того, что нас ждет по мере того, как погодные условия становятся все более экстремальными. Фруктовые и ореховые деревья живут в среднем 40 или 50 лет, а это означает, что те, которые посажены сегодня, должны быть в состоянии выжить в любых условиях климатического кризиса через полвека.
«Я сравнил это с двумя великими сражениями Второй мировой войны: у вас был день «Д», который был лобовой атакой, и Дюнкерк, который был стратегической эвакуацией», - говорит Пэт Дж. Браун, завод селекционер и профессор растениеводства Калифорнийского университета в Дэвисе. В случае с нашей быстро нагревающейся планетой ученые уже готовят спасательные шлюпки. «В связи с изменением климата какое-то время мы говорили о том, чтобы не допустить этого. Теперь мы говорим об адаптации к этому».
Введите «сад пыток», дерзкое прозвище для 80 акров экспериментальных садов Вольфскилл, где исследователи точно видят, сколько злоупотреблений могут выдержать 20 разновидностей деревьев. Надежда состоит в том, чтобы вырастить поколение фисташковых, миндальных, грецких орехов, гранатов и других фруктовых и ореховых деревьев, способных противостоять неизбежным засухам.
«Происхождение «сада пыток» было связано с тем, что осенью мы посадили кучу фисташек, затем в мае мы разорвали ирригацию и не поливали их все лето», - говорит Браун.«Идея заключалась в том, чтобы посмотреть, кто выживет, а кто умрет. Это была крайняя пытка». Оказывается, фисташковые деревья особенно устойчивы к засухе и, как следствие, к высокому уровню засоленности почвы. «[Эксперимент] был своего рода провалом, потому что все они выжили. Мы не убили ни одного».
Хотя эти результаты звучат многообещающе для любителей фисташек, мы еще не знаем, будут ли они актуальны в коммерческом саду. Это потому, что и условия, и растения резко отличаются от настоящего фруктового сада. Вместо того, чтобы выращивать целое дерево из одного семени, большинство коммерческих садов полагаются на подвой, по сути, на пень и корневую систему, привитую отростком от генетически отличного дерева.
«Вам не понравится есть фисташки с деревьев, которые мы росли в саду пыток, потому что они будут крошечными», - объясняет Браун.«В коммерческой ситуации вы разделяете и властвуете. У вас есть один вид, который вы используете для подвоя, который вы можете вывести на засухоустойчивость или солеустойчивость, но для верхушки, для привоя, вы можете использовать что-то, что даст большие, вкусные плоды или орехи».
Подвойная половина этих деревьев Франкенштейна, как правило, происходит от горстки генетически идентичных клонов. По оценкам Брауна, на 312 000 акров фисташковых деревьев в Калифорнии есть всего полдюжины генетически различных подвоев. «Самое интересное в генетике и селекции - это то, что эти инновации могут быть абсолютно бесплатными для всех», - говорит Браун. «Если мы найдем вариант ДНК, который позволит вам использовать на пять процентов меньше воды, мы фактически получим его бесплатно с точки зрения планеты».
Если он и его коллеги смогут определить болевые точки подвоев и вывести хотя бы несколько новых сортов, это поможет спасти отрасль. Будь то высокий уровень соли или бора в почве, эти слабые места различны для каждого вида деревьев. Например, испытание с высоким содержанием соли, которое пережили фисташковые деревья, привело к уничтожению всех деревьев грецкого ореха.
«У каждого дерева есть своя ахиллесова пята, когда дело доходит до изменения климата, и иногда это может быть сложно предсказать», - говорит Браун. «Мы должны беспокоиться о фисташках с пугающей точки зрения. Многие из этих лиственных деревьев нуждаются в зимнем холоде, чтобы весной правильно цвести».
Фисташковые деревья не одиноки в своей потребности прятаться в прохладные месяцы года. Чем больше исследователи изучают деревья, тем больше появляется свидетельств того, что в них обитает множество людей. Теперь мы знаем, что деревья общаются друг с другом через подземные грибковые сети, что лес из 47 000 дрожащих осин на самом деле имеет единую корневую систему и генетический код, что делает его самым большим организмом в мире, и что, как и люди, деревьям нужен отдых.
«Мы думаем, что деревья спят зимой, но их метаболизм внутри истощается», - говорит Кен Шакель, ученый-растениевод и профессор Калифорнийского университета в Дэвисе. Как и Браун, Шакель шутит, что он «пытает растения, чтобы заработать на жизнь», хотя, поскольку он обычно работает в садах производителей, он обычно старается не убивать их. «То, что что-то выглядит так, будто оно спит, не означает, что оно не занято. Покой - это приспособление деревьев к пережиданию зимы».
Шакель сравнивает этот процесс с медведями, которые зимой впадают в состояние оцепенения. В прошлом люди предполагали, что медведи просто спят до семи месяцев; после того как исследователи разместили камеры в их берлогах, они выяснили, что это далеко не так. Как и млекопитающие, лиственные деревья используют эти периоды низкой внешней активности для целого ряда биологических функций.
«Поскольку зимой становится теплее, они могут сгореть из своих запасов, и весной им нечего будет цвести», - говорит Шакель. «Это было бы катастрофой для фруктовых деревьев».
Один из самых тревожных выводов Шакеля заключается в том, что последствия сильной засухи или других проблем могут сохраняться в течение нескольких сезонов. В то время как измученные деревья смогли дать несколько цветов весной, следующий год был еще хуже. «В следующем году, когда вы увидите эффект переходящего остатка, вы на самом деле почти удвоите снижение урожайности», - говорит Шакель.
Чтобы измерить количество стресса, которому подвергаются деревья, Шакель разработал бомбу давления, названную так потому, что более ранние итерации приспособления выглядели как калориметр-бомба, для измерения ботанического эквивалента кровяного давления. «У деревьев нет крови, у них есть вода под напряжением, но принцип тот же», - говорит Шакель. «Наше сердце перекачивает кровь с помощью давления, а деревья получают воду из почвы за счет всасывания. Используя это устройство, Шакель и его коллеги-бомбардировщики обнаружили, что в условиях засухи «кровяное давление» миндальных деревьев возрастает примерно в 4-12 раз по сравнению с нормальным уровнем.
Несмотря на все проводимые исследования, Шакель обеспокоен тем, что производители недостаточно серьезно относятся к угрозе нехватки воды. Вскоре производителям, возможно, придется полагаться на воду более низкого качества, переработанную из городов. Однако некоторым видам деревьев требуется так много воды, что ее транспортировка представляет собой серьезную проблему. «Даже переработанная вода из Лос-Анджелеса может быть лишь частью воды, необходимой для выращивания миндаля в штатах».
Как и во многих других вопросах, связанных с изменением климата, основная проблема заключается в том, что мало кто хочет тратить деньги сейчас на проблемы завтрашнего дня. «Сельхозпроизводители предпочитают, чтобы политики просто давали им воду, в которой они нуждаются, но может случиться так, что воды просто не хватит», - говорит Шакель. «Существует страх перед неизвестным из-за риска принятия нового сорта. Если у вас есть новый сорт помидора или пшеницы, вы можете попробовать его в течение года, и если он не сработает, ничего страшного. С деревом вы делаете инвестиции на следующие пару десятилетий».
Не все новости ужасны, говорит он. Разнообразная география и широтная протяженность Калифорнии позволяют штату продолжать выращивать разнообразные культуры. Виноградникам Напы, возможно, придется мигрировать на север, как и фисташковым, миндальным и ореховым деревьям. Как и люди, деревья замечательно адаптируются, если у них есть время приспособиться. «Я придерживаюсь мнения, что растения просто не любят сюрпризов, - говорит Шакель. «Если что-то происходит медленно, они функционируют на более низком уровне, но они довольно хорошо выживают, пока что-то не ударит их, как тонна кирпичей».
Сценарий тонны кирпичей или внезапное наступление экстремальной засухи или погодных условий - вот что беспокоит исследователей. Как доказывает сад пыток, одно сильное потрясение может иметь длительные последствия. Шакель и его коллеги надеются на будущее, в котором человечество сможет продолжать процветать за счет разнообразных продуктов питания, включая фруктовые и ореховые деревья. Но когда речь заходит о продовольственной безопасности в антиутопических кошмарах, придуманных такими писателями, как Октавия Батлер, Паоло Бачигалупи и Маргарет Этвуд, ученые-климатологи, как правило, сосредотачиваются на увеличении производства утилитарных культур, таких как кукуруза, пшеница, рис и соевые бобы.
«Я не хочу показаться борцом за выживание, но дело в том, что вам нужны углеводы, калории и, возможно, немного белка», - говорит Шакель. «Если до этого дойдет, возможно, мы все будем есть Soylent Green».