В будущем растения смогут создавать собственные удобрения. Фермерам больше не надо будет покупать и вносить удобрения для выращиваемых культур, что приведёт к росту сельскохозяйственного производства.

Такое утверждение звучит фантастично, но исследование, выполненное в Вашингтонском университете, показало возможность создания растений, способных производить удобрения. Это открытие может произвести революцию в сельском хозяйстве.

Производство удобрений энергозатратно, также при этом образуются парниковые газы, являющиеся основной причиной изменений климата. Более того, оно неэффективно. Удобрение снабжает растения азотом, который они используют для создания хлорофилла, необходимого для фотосинтеза, но менее 40 процентов азота, содержащегося в промышленных удобрениях, попадают в растения.

Другая проблема с удобрениями — вымывание. Смытые дождём удобрения попадают в ручьи, реки, озёра и бухты, питая водоросли, которые блокируют солнечный свет и уничтожают животную и растительную жизнь под собой.

Однако существует и другой богатый источник азота — атмосфера. Земная атмосфера на 78% состоит из азота, и учёные создали бактерию, способную захватывать атмосферный азот. В дальнейшем это может привести к созданию растений, также способных к захвату азота.

Исследование основывалось на том факте, что даже при отсутствии растений, способных связывать атмосферный азот, всё же существует разновидность цианобактерий (бактерии, способные к фотосинтезу), умеющих это делать. Цианобактерии умеют связывать азот даже при том, что кислород, побочный продукт фотосинтеза, мешает фиксации азота.

Использованные в этом исследовании бактерии рода Cyanothece способны связывать азот потому, что они имеют нечто общее с людьми, а именно: цианобактерии — это единственные бактерии, обладающие циркадным ритмом. Интересно, что бактерии рода Cyanothece осуществляют фотосинтез в дневное время, преобразуя солнечный свет в химическую энергию, и связывают азот ночью, после того, как выделят в атмосферу созданный в процессе фотосинтеза кислород.

Исследователи хотели взять гены бактерий Cyanothece, ответственные за этот механизм работы по схеме день-ночь, и поместить их в цианобактерии другого типа, Synechocystis, в надежде, что они тоже начнут захватывать азот.

Чтобы найти нужную последовательность генов, учёные искали признаки циркадного ритма. Была замечена последовательность из 35 генов, которые работали только ночью.

Из бактерий Synechocystis удалили кислород, и внедрили гены бактерий Cyanothece. Synechocystis стали фиксировать азот с интенсивностью 2% от производительности Cyanothece. Но самое интересное началось, когда эти гены стали удалять из Synechocystis — когда в них осталось только 24 гена от Cyanothece, бактерии Synechocystis стали фиксировать азот уже на уровне 30% от способности Cyanothece.

Фиксация азота заметно снизилась при добавлении небольшого количества кислорода (до 1%), но снова выросла при внесении генов другой группы, взятых у Cyanothece, хотя и не достигла уровня фиксации как при отсутствии кислорода.

Следующим шагом будет более глубокое понимание процесса, возможно, уменьшение числа генов, необходимых для фиксации азота. В дальнейшем потребуется сотрудничество со специалистами в области ботаники, чтобы применить полученные знания и перейти на следующий уровень: создание фиксирующих азот растений.

Растения, использующие азот воздуха, будут наиболее полезны для беднейших фермеров, ведущих нетоварное хозяйство.