Наука об арбузе

85 лет назад было решено хранить типовой экземпляр каждого вида растения

В 1935 году типовым экземпляром арбуза как вида ботаниками был назначен арбузный побег с листьями из Южной Африки, отобранный там в 1773 году шведским ботаником Карлом Тунбергом и хранящийся в знаменитом гербарии Университета Уппсалы. Считалось, что именно этот побег был использован Тунбергом в XVIII веке для протолога (первого научного описания) вида Citrullus lanatus (арбуз обыкновенный) при включении его в «Систему природы» Карла Линнея. Но шесть лет назад в ходе молекулярно-филогенетических исследований выяснилось, что в Уппсале хранится вовсе не арбузный побег, а другое растение — довольно дальний родич арбуза. А это пахло нешуточным скандалом: получалось, что два с половиной века ученые изучали, а селекционеры выводили новые сорта не арбуза, а некоего растения, которое даже своего научного названия не имеет.

Фото: Дмитрий Лекай, Коммерсантъ  /  купить фото

Фото: Дмитрий Лекай, Коммерсантъ  /  купить фото

Кембриджские правила

В 1935 году в Кембридже состоялся очередной, пятый по счету Международный ботанический конгресс (МБК). На таких представительных научных собраниях ботаников всего мира они обычно пересматривают правила таксономической номенклатуры видов растений и, если назрела необходимость, редактируют эти правила, утверждая новый их свод — Кодекс ботанической номенклатуры. В Кембридже, например, ботанический конгресс объединил Венский кодекс (принятый в 1905 году на II МБК в Вене и отредактированный в 1910 году на III МБК в Брюсселе) с Американским кодексом (который раньше вообще не рассматривался на конгрессах ботаников).

В результате появились Cambridge Rules — «Кембриджские правила», то есть первый объединенный для ученых Старого и Нового Света ботанический кодекс. А в нем появилось новое правило: отныне для любого растения, присутствующего в определителях видов, должен быть типовой экземпляр, то есть типичный представитель этого вида. Храниться он должен в таком месте, будь то музей, университет, научный институт, где с ним мог бы лично ознакомиться, условно говоря, пощупать его, любой ученый.

Всего учеными было изучено и описано примерно 300 тыс. видов растений. Понятно, что для некоторых видов, особенно успевших исчезнуть с лица Земли за последние несколько веков, найти типовой экземпляр было невозможно. Поэтому в Cambridge Rules допускалось использовать в качестве типового экземпляра его рисунок («ранее валидно опубликованное изображение»).

Арбузы Линнея и Тунберга

В случае арбуза ботаники проблемы не видели. В университете шведского города Уппсала, где преподавал сам Карл Линней, хранится один из самых больших и самый знаменитый в истории науки гербарий растений, который был главным источником биологического материала для Линнея, когда он работал над своей «Системой природы», приводя в порядок многообразие растительного мира и раскладывая каждый вид растений на отведенную ему полочку. А в этом гербарии хранился побег арбуза, который привез из Южной Африки ученик Линнея Карл Тунберг.

Сам же Тунберг описал для «Системы природы» арбуз как вид и дал ему свое название Citrullus lanatus (Thunb.) — арбуз обыкновенный. До этого арбуз носил в Systema naturae Линнея такое же видовое название Citrullus vulgaris (L.) — арбуз обыкновенный, только его видовое название (второе слово в бинарном названии вида) имело латинские корни, а не древнегреческие, и описал его сам Линней. Но коль скоро Тунберг был гораздо более опытным специалистом по арбузам, чем Линней, и даже привез арбузную плеть с исторической родины этого растения, то Линней не возражал и заменил в «Системе природы» Citrullus vulgaris (L.) на Citrullus lanatus (Thunb.). В 1916 году японские ботаники что-то поправили в описании Тунберга, и теперь арбуз носит научное видовое имя Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum. & Nakai, 1916.

Понятно, почему после Кембриджского конгресса ботаники, ни минуты не сомневаясь, назначили арбузный побег из Уппсальского гербария типовым экземпляром этого вида и, вероятно, даже радовались, как гладко у них это вышло, прямо хрестоматийный пример типового экземпляра получился. И никто ничего не заметил бы, если бы в начале нашего века молекулярные генетики не полезли в палеонтологические и прочие естественно-исторические музеи со своим ДНК-анализом. Там они отпиливали кусочки клыков у саблезубых тигров, отщипывали волосинки у мамонтов и прочего давно вымершего зверья. Занимались они этим столь активно, что в 2007 году появилось даже название этого нового направления молекулярной генетики — музеомика.

Революция в арбузоведении

В 2014 году молекулярные генетики из Мюнхенского университета добрались до арбузного типового экземпляра из Уппсальского гербария. Может быть, он еще долго лежал бы там, не привлекая внимания генетиков-музеомиков, но их интерес к науке об арбузе подогрела статья «Предварительный вариант генома арбуза» («The Draft Genome of Watermelon Citrullus lanatus») большого коллектива авторов (64 человека, в основном из Китая и США, а также парочка ученых из Франции и

Германии), которая годом раньше была опубликована в журнале Nature Genetics и произвела революцию в арбузоведении.

Китайские и американские ученые секвенировали не весь геном арбуза, а только 83,2%. Но и это позволило им сделать далеко идущие выводы. В некоторых из 11 хромосом арбуза (диплоидный набор у него 22 хромосомы) они обнаружили довольно значительные делеции (выпадения участков хромосомы), которых не было у диких родичей арбуза. Именно эти изменения в геноме арбуза, как сочли ученые, сделали его большим, внутри красным и сладким, с хрустящей текстурой мякоти. Но они же лишили арбуз сопротивляемости мучнистой росе, гнили и другим болезням, а также устойчивости к вредителям — насекомым и червям.

Иными словами, стал предельно ясен самый краткий путь сделать арбуз еще вкуснее и повысить его урожайность, а не продолжать пытаться достичь это «методом тыка» классической селекции. К слову сказать, Китай выращивает на порядок больше арбузов, чем любая другая страна, а США входят в первую десятку стран—производителей арбузов, занимая в ней девятую строку (Россия — седьмую).

Не тот арбуз

Работа китайских и американских ученых получила, как говорится, хорошую прессу: интервью с руководителями исследования опубликовали все ведущие мировые агентства, а СМИ нарисовали лучезарную картину арбузного будущего. И именно в этот исторический для научного арбузоведения момент из Мюнхенского университета довольно громко донеслось: «А арбуз-то не настоящий!».

Мюнхенские генетики показали всему ученому миру, что Карл Тунберг назвал арбузом и описал не то растение, которое мы сейчас называем арбузом, приложив к видовому описанию побег растения, которое, вероятно, до наших дней не дожило, по крайней мере в том виде, в каком его увидел в Тунберг в песчаных дюнах близ Капштадта (современного Кейптауна), и геном которого, судя по характерной делеции в одной из хромосом, позволяет его отнесли к кладе (прямым потомкам одного вида), к которой относится вид Citrullus amarus, или дыня тсамма, как его называют аборигены тех мест.

Выяснив это, мюнхенские ученые с чисто немецкой дотошностью искали причину, по которой такое недоразумение могло случиться. Ведь Тунберг никак не мог принять тсамму за арбуз: на дворе стоял конец XVIII века, полосатый арбуз с красной сладкой мякотью был хорошо известен в Европе даже простым людям, не говоря уже об ученых. Немецкие ученые склонялись к тому, что путаницу внесли их коллеги в 1935 году, чересчур ретиво и крайне небрежно выполнившие требование Кембриджского конгресса ботаников об обязательном наличии типового экземпляра каждого описанного вида растений, без проверки просто вытащив лист гербарный лист из коллекции Тунберга в Уппсальском университете.

Возможно, виноваты они, но возможны и другие объяснения вплоть, например, до такого. Независимо от финикийцев и древних египтян местные мичурины из коренного населения нынешней Капской провинции самостоятельно окультурили к XVII веку дыню тсамма до такой степени, что даже опытный ботаник Тунберг принял ее за настоящий арбуз.

Впрочем, как бы там ни было, выходило, что «видовое название Citrullus lanatus было неправильно использовано в бесчисленных публикациях в научной и прикладных областях», как написали мюнхенские ученые в своей статье. Говоря проще, получалось, что два с половиной века ученые изучали, селекционеры выводили новые сорта, а люди ели не арбузы, а плоды некоего растения, которое даже своего научного названия официально не имело!

Но самое интересное то, какой выход из создавшейся ситуации предложили немецкие генетики. Это редчайший, если не уникальный случай в науке. В научном журнале они это изложили, как там полагается, научным сленгом, но если перевести это на обычный, доступный для понимания неученым народом язык, то их предложение было такое: «Мы тут открыли кое-что не очень приятное для наших коллег, поэтому просим их не обращать внимания на наше открытие и забыть про него, и мы тоже постараемся это забыть, пусть все остается так, как было». В это трудно поверить, но любой может убедиться в этом, почитав статью мюнхенских ученых, она бесплатно доступна в интернете: Guillaume Chomicki and Susanne S. Renner. «Watermelon Origin Solved with Molecular Phylogenetics including Linnaean Material: Another Example of Museomics». New Phytologist (2015) 205: 526–532.

Арбузная история с географией

В исследовании немецких ученых по арбузной музеомике было гораздо более важное открытие, чем разоблачение шведского разгильдяйства в Университете Уппсалы. Попутно они показали, что современный арбуз относится к той же кладе, что дыня эгуси вида Citrullus mucosospermus из Западной Африки. Из чего следует, что, во-первых, предок арбуза родом оттуда и его надо искать именно там, а не в Южной Африке. Во-вторых, стало понятно, откуда пошло бытующее до сих пор неверное представление о том, что родина арбуза — Южная Африка.

В этой версии давно не вязались концы с концами. Еще в 1930-е годы в ней засомневался Николай Вавилов и в своей теории о центрах происхождения культурных растений перенес арбуз из Южной Африки в Эфиопский (Абиссинский) центр — и правильно, как оказалось, сделал. Семена и листья вполне современного полосатого арбуза с красной сладкой мякотью палеогенетики нашли в гробницах фараонов XVIII династии Нового царства.

Тут бы ученым вспомнить, где Южная Африка и где Египет, но ученые не вспомнили. Хотя даже неученому человеку понятно, что они находятся далековато друг от друга для людей того времени, не говоря про более ранние времена, чтобы обмениваться семенами растений. А ведь нужно было еще окультурить дикого предка арбуза, на что ушло бог знает сколько времени. Западная Африка как прародина арбуза ставила все на свои места без этой труднообъяснимой «географической делеции».

ГМ-арбуз

Понятно, что их мюнхенская музеомика не отменяла результатов китайско-американского геномного исследования 2013 года, она вообще была о другом. А что касается молекулярно-генетического арбузоведения, то тот же коллектив ученых из Китая и США в ноябре прошлого года опубликовал в Nature Genetics свое новое исследование — «Resequencing of 414 Cultivated and Wild Watermelon Accessions Identifies Selection for Fruit Quality Traits». На этот раз они секвенировали геномы 414 представителей рода Citrullus, включая арбуз обыкновенный (который мы едим) и еще шесть сохранившихся до наших дней диких видов этого рода.

Все шесть в природе встречаются только в Африке: Citrullus naudinianus — к югу от Сахары; Citrullus ecirrhosus, Citrullus rehmii и Citrullus amarus — в Южной Африке (последний вид сейчас культивируется по всему Средиземноморью, где используется для варенья и в качестве корма для животных); Citrullus colocynthis — в Северной Африке (также выращивается в странах Азии, где его используют в качестве источника семенного масла и для лечебных целей); Citrullus mucosospermus — в Западной Африке (там он тоже культивируется как источник семенного масла и используется в пищу).

Кроме этого, последние три вида — C. amarus, C. colocynthis и C. mucosospermus — в прошлом веке широко использовались селекционерами для скрещивания с арбузом в целях повышения его устойчивости к болезням. Также предпринимались неоднократные попытки одомашнить эти виды до такой степени, до какой человек одомашнил предка современного арбуза, то есть сделать их не менее вкусными, чем арбуз. В частности, в ленинградском Ботаническом институте имени Комарова АН СССР в 1970–1980-е годы велись исследования по одомашниванию Citrullus mucosospermus из Нигерии и Сенегала, где его называют дыней эгуси и широко используют в местной кухне, даже варят из него суп.

Все дикие виды рода Citrullus по размерам гораздо меньше арбуза (от совсем маленьких с шарик для пинг-понга до габаритов небольшой дыни), мякоть у них довольно твердая, белая (с разными оттенками — от абрикосового до салатного цвета) и разной степени горечи. Таким же был дикий предок арбуза, не без оснований считают ученые. А это означает, что сравнение геномов современного арбуза и его диких родичей из того же рода Citrullus покажет, какие гены приобрел и какие утратил современный большой полосатый арбуз с красной сладкой мякотью в ходе по меньшей мере 4 тыс. лет селекционной работы человека с ним практически вслепую, без секвенатора ДНК.

В прошлом месяце астраханские селекционеры объявили о завершении 15-летней работы по созданию сладкого арбуза с белой мякотью. Теперь селекционерам не надо будет так сильно напрягаться: с помощью трансгенов можно практически моментально слепить арбуз с любым геномом, и будет у него хоть белая, хоть зеленая мякоть, сладкая, кислая, соленая, с привкусом перца — это как говорится, дело техники, точнее генной инженерии. Есть тут, правда, одна небольшая закавыка: такие инновационные арбузы полностью подпадут под определение генетически модифицированного организма (ГМО).

Ася Петухова

Картина дня

Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...
Загрузка новости...