Крупнейшие в мире банки семян и как они работают

В самом центре Санкт-Петербурга, сразу за Исаакиевским собором, находится величественное здание, за чьим фасадом царской эпохи скрывается необычная коллекция. Внутри в деревянных шкафах, которые расположены в длинных коридорах под сводчатыми потолками, хранятся семена сотен тысяч растений, многие из которых уже давно исчезли из их первоначальной среды обитания или мест выращивания.

Это — Институт Вавилова, провозглашённый «хранителем потерянных растений». За этим прозвищем скрыта важная миссия по защите глобального растительного разнообразия от исчезновения из-за угроз изменения климата, промышленного сельского хозяйства, глобализации и военных конфликтов.

Институт Вавилова

Изначально учреждение, основанное в 1894 году, носило название «Бюро по прикладной ботанике». Его несколько раз переименовывали, а в 1921 году его директором стал ботаник и генетик Николай Вавилов, который сохранял эту должность вплоть до августа 1940 года, пока не был репрессирован по ложному доносу. В 1955 году учёного посмертно реабилитировали, а в 1967 году институту присвоили имя Вавилова, тем самым увековечив его вклад в науку о растениях.

Сегодня Институт Вавилова считается старейшим банком семян и содержит бесценную коллекцию из более чем 400 тысяч образцов различных растений, которая представлена в виде тщательно каталогизированных семян со всех уголков планеты.

Выглядит не очень современно, но очень безопасно. Коллекция, хранящаяся здесь, не зависит от электричества или исправности оборудования.

Примечательно, что в отделе технических культур института хранится самая большая в мире коллекция зародышевой плазмы каннабиса, состоящая из 397 образцов семян технической конопли и лендрейсов из трёх основных эколого-географических групп: Северной, Центральной и Южной. При нормальных условиях такие семена можно хранить около 5 лет, прежде чем они потеряют всхожесть. Таким образом, поддержание данной коллекции предполагает воспроизведение генетики не реже одного раза в течение 5 лет.

После распада СССР финансирование института резко сократилось, что поставило под угрозу сохранение его коллекций — не только каннабиса. Если генетику каннабиса не воспроизвести, ей суждено вымереть. Но это далеко не первый случай, когда институт переживает трудные времена.

Ботаники, которые умерли с голоду, чтобы спасти свою коллекцию

Коллекция института чудом пережила Великую Отечественную войну, когда голодающие учёные охраняли огромные запасы семян, чтобы их не съели во время блокады Ленинграда, длившейся 872 дня. Когда город готовился к нападению Германии, советская власть вывезла тысячи произведений искусства из Эрмитажа, чтобы защитить их от мародёрства. При этом она отказалась эвакуировать коллекцию семян, чью ценность не осознавала.

По этой причине сотрудникам института пришлось самим взять на себя ответственность по защите коллекции. Зима 1941-1942 была особенно холодной и суровой, сопровождалась постоянными артиллерийскими обстрелами и полным прекращением снабжения города продовольствием. Люди были вынуждены есть всё подряд: собак, кошек, крыс и даже трупы.

Чтобы защитить семена от оголодавших людей и грызунов, сотрудники института заколотили окна разбомблённого здания и превратили своё рабочее место в крепость. По разным источникам, при защите мешков с картофельными клубнями и рисом от голода умерло от 13 до 28 сотрудников.

Самопожертвование учёных основывалось на вере в то, что ситуация улучшится. Они были убеждены, что если они прорастят семена и съедят их плоды, то все старания предшественников пойдут насмарку. Они также были уверены, что семена, помимо их ценности для науки, будут необходимы для восстановления сельского хозяйства после завершения конфликта.

И они не ошиблись. По некоторым оценкам, около 80% послевоенного советского урожая было получено из этого хранилища. Подвиг учёных-хранителей также сыграл важную роль в предотвращении голода в СССР.

Хранилище Судного дня

В годы холодной войны семенные банки, подобные Институту Вавилова, стали появляться и по всему остальному миру.

Так, власти США заложили семенной банк в Форт-Коллинзе, штат Колорадо, и назвали его «Национальным центром сохранения генетических ресурсов». Ещё одним, не менее важным учреждением такого толка, стал «Семенной банк тысячелетия» в Великобритании. В нём хранится почти 2 млрд семян или 34 тысячи видов растений, что составляет 13% диких видов на нашей планете. 

В 2008 году на архипелаге Шпицберген, Норвегия, было построено хранилище семян для сохранения посадочного материала всех сельскохозяйственных культур, существующих в мире. Проект осуществлялся на средства Норвегии и стоил ей 9 миллионов долларов.

Хранилище судного дня

Норвежский семенной банк называют «Хранилищем судного дня». Внутри достаточно места для 4,5 млн образцов, собственный отсек в нём получила каждая страна, каждый крупный банк семян. Задача хранилища — избежать утраты семян в результате военных конфликтов, стихийных бедствий, а также глобальных катастроф, ядерной войны или глобального потепления.

Хранилище оборудовано взрывобезопасными дверьми и шлюзовыми камерами. Находится оно на 120-метровой глубине в посёлке Лонгйир. Это место выбрано не случайно. На архипелаге уровень тектонической активности низок, а сам он покрыт вечной мерзлотой, которая позволяет снизить затраты энергии на работу холодильных камер. Даже если всё оборудование вдруг выйдет из строя, должно пройти несколько недель, прежде чем температура в отсеках повысится хотя бы на несколько градусов.

Семена находятся в запечатанных конвертах, которые, в свою очередь, упакованы в пластиковые четырёхслойные пакеты, которые помещены в контейнеры, стоящие на металлических полках. Низкая температура (-18 °C) и ограниченный доступ кислорода обеспечивают низкую метаболическую активность, что замедляет старение семян.

Взять семена из хранилища можно только если хранящиеся в оригинальных фондах семена будут потеряны. В 2015 году это пришлось сделать Международному центру сельскохозяйственному центру, поскольку он потерял часть своей коллекции из-за боевых действий в Сирии. Работа со взятыми семенами проводилась в Марокко и Ливане, и к 2020 году часть семян была возвращена в хранилище.

Условия хранения семян

Семена — это живые растения, и для поддержания их жизнеспособности в течение длительного времени необходимо соответствующим образом регулировать влажность и температуру.

По мере созревания на материнском растении многие семена приобретают врожденную способность выдерживать высыхание. Выживаемость этих так называемых ортодоксальных семян может быть увеличена за счёт сухого хранения при низкой температуре.

Практические рекомендации американского учёного Джеймса Харрингтона, пик активности которого пришёлся на 50-60 годы прошлого века, известны как «Правило сотен». Оно гласит, что сумма относительной влажности и температуры (в градусах Фаренгейта) должна быть меньше 100, чтобы образец просуществовал 5 лет. Другое правило заключается в том, что уменьшение содержания воды на 1% или температуры на 10 градусов по Фаренгейту удвоит срок службы семян.

Понимая влияние содержания воды и температуры на долговечность семян, отдел продовольствия и сельского хозяйства ООН и консультативная группа под названием Bioversity International разработали набор стандартов для международных банков семян с целью сохранения долговечности образцов. Документ рекомендует сушить семена при относительной влажности около 20%, герметизировать их в высококачественных влагонепроницаемых контейнерах и хранить при -20 градусах Цельсия. Эти условия часто называют «обычными» протоколами хранения.

Внутри Хранилища судного дня

Таким образом, можно хранить семена основных видов растений: кукурузы, пшеницы, риса, сои, гороха, томатов, брокколи, дыни, подсолнечника и т.д. Однако есть много видов семян, которые не выдерживают сушку или низкие температуры обычных протоколов хранения. Эти виды хранятся в криогенных условиях. Семена цитрусовых, кофе, авокадо, какао, кокоса, папайи, дуба, грецкого ореха и ивы — вот лишь некоторые из видов, которые следует хранить криогенно.

Как и всё остальное, со временем семена разлагаются. Трудно предсказать, когда именно они окончательно потеряют жизнеспособность, поэтому наиболее авторитетные банки семян отслеживают потенциал прорастания во время хранения. Когда процент прорастания падает ниже предписанного уровня, семена проращивают, получают новые семена и отправляют их на новый цикл хранения.

Знание того, что хранить в банке семян — это величайший вызов. Коллекции должны быть актуальными, и это означает, что они должны обеспечивать генетическое разнообразие, полезное общественности. Это также означает, что они не должны дублировать материалы, уже находящиеся в коллекциях.

Но семена могут сохраняться в течение сотен и даже тысяч лет. Самым старым семенем, из которого выросло жизнеспособное растение, было семя иудейской финиковой пальмы возрастом около 2000 лет, извлечённое из раскопок во дворце Ирода Великолепно в Израиле.

В феврале 2012 года российские ученые объявили, что они регенерировали узколистный кампион (Silene stenophylla ) из 32000-летнего семени. Оно было найдено в норе в 38 метрах под сибирской вечной мерзлотой вместе с 800 000 других семян. Ткань семян выращивали в пробирках, а затем полученное растение пересадили в почву. Это продемонстрировало способность ДНК сохранять свою жизнеспособность в надлежащих условиях.

Автор: @PollyMolly, Dzagi
Источники: alchimiaweb.com, wikipedia.org, tftwiki.ru

Еще почитать:

• Хенк ван Дален — популяризатор феминизированных семян
• История Скотта Блейки по прозвищу Шантибаба
• Интервью Dzagi: от запрета до легалайза глазами пожилой американской леди