Я долго колебался: публиковать ли этот рассказ. С одной стороны он крайне поучителен, как пример научного заблуждения. С другой стороны для его понимания не специалистами требуется пространное пояснение самой научной проблемы. В конце концов я вздохнул, и поместил на Проза.ру.
ЦАРЬ ГОЛОД
Есть у человечества нерешенная проблема. Она гораздо важнее атомной энергетики и не менее важна, чем покорение космического пространства. Догадываетесь, о чем я говорю? То-то! Это проблема белка в кормах наших сельскохозяйственных животных. Больше половины населения Земного шара страдает от недостатка в своем рационе мяса. Дети этих людей болеют, плохо растут, а их умственные способности бывают… не очень то! Население Земли непрерывно увеличивается, доля голодающих растет не только в абсолютных значениях, но и в процентном выражении.
Если после прочтения моей статьи вы заинтересуетесь сей проблемой, да (чем черт не шутит!) сумеете решить ее, вам гарантирован памятник из чистого золота. А я до конца дней своих буду хвастать: «это я, я, я обратил внимание гения на данную проблему и тем поспешествовал ее решению»!
Задумаемся, что нужно сделать, чтобы получить к обеду кусман сочного мяса. Одна маленькая девочка сказала: «Котлеты делают из свинки, а картошка растет отдельно». Вот и будем кормить свинью отдельно выращенной картошкой, а бычков и овечек сеном, чтобы на их теле наросли вожделенные бифштексы.
Что получится? Да, ничего достойного. В этих кормах много углеводов, но белка недостаточно для того, чтобы животное хорошо наращивало мясо, состоящее главным образом из тех же белков. Животное будет перерабатывать углеводы кормов в жир и вырастет на нашей свинье сало в ладонь толщиной. Получится много сала и недостаточное по нашим аппетитам количество мяса. Значит, для того, чтобы получить белки в виде мяса, мы должны обильно кормить наших животных растительными белками.
Дадим животным вволю зерна (ячменя, овса, кукурузы или гороха), в этих кормах белка достаточно. И опять неуспех. Белки зерна очень плохо усваиваются животными, и только часть их используется для наращивания мяса. Солидная доля невостребованного организмом корма при этом просто «уходит на фу-фу»: сжигается в процессе дыхания, превращается в сало; азот неиспользованного белка выделяется с мочой.
Вдумайтесь в сказанное: не менее четверти съеденного животными корма не используется на поддержание его жизни и прирост мяса, а пропадает без пользы. Миллионы гектар заняты лугами и посевами кормовых культур, трактора и комбайны жгут топливо, люди трудятся в поте лица своего. И все это впустую!
В чем дело?
Вот тут и начинается наша проблема. Чтобы ее понять, коснемся образования белков. Не буду мучить вас полным курсом биохимии, приведу только самые необходимые сведения. Если они вам уже известны – покорнейше прошу это место пропустить и читать дальше.
ВСЕСТОРОННЕЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТА
Белки синтезируются в организме из аминокислот, которые возникают в результате присоединения аммиака к органическим кислотам. Образно говоря, два десятка аминокислот являются буквами, из которых составлена осмысленная фраза – молекула белка. Каждый белок уникален по своим свойствам, существует для специальных целей и не взаимозаменяем. Если какая-то из аминокислот отсутствует, то образование белка прекращается или составленная фраза лишается смысла. В качестве наглядного примера напомню фразу «казнить нельзя помиловать», в которой король не поставил в нужном месте запятую.
Обращаю ваше внимание: для нормального синтеза белков ВСЕ аминокислоты ДОЛЖНЫ ПРИСУТСТВОВАТЬ В ДОСТАТОЧНОМ КОЛИЧЕСТВЕ. А если какой-то из них мало, то ее нужно приготовить. Просто откусить аминогруппу NH2- от присутствующей в избытке аминокислоты и синтезировать другую, недостающую. Этот процесс называется переамминированием. Все просто и мило. И не совсем так.
Органические кислоты, к которым присоединяется аминогруппа, различаются по затратам энергии на их синтез. Есть «дешевые» в этом плане аминокислоты, а есть настолько энергоемкие, что лучше бы их не синтезировать самостоятельно, а получать в готовом виде. Значительно дешевле получается. Животные не могут синтезировать девять аминокислот из двадцати. Они должны поступать с кормом и поэтому называются незаменимыми. Но эти аминокислоты легко образуются в организме растения.
Почему?
Животные питаются готовыми органическими веществами, в которых азот белков (и не белковый, тоже!) находится в более или менее достаточной концентрации. В пищеварительном тракте белки распадаются, потом из аминокислот собираются новые молекулы – теперь уже своих белков. Присутствующая в избытке аминокислота теряет аминогруппу (NH2- ) и окисляется в процессе дыхания.
При недостатке незаменимых аминокислот животные используют на синтез своего белка только часть корма, остальное сжигается в дыхательном обмене. Чем больше в корме незаменимых аминокислот, тем полнее животные используют съеденный растительный белок.
Травоядные животные предпочитают не тратить энергию на синтез незаменимых аминокислот, а просто поедать больше корма. Громадное количество травы, которое съедает корова, есть мера вынужденная, необходимая для поступления в организм достаточного количества белка.
Иначе обстоит дело у растений. Вся их эволюция протекала в обстановке дефицита солей азота в окружающей среде. Да в них азот чаще всего находится в виде солей азотной кислоты (нитратов). Такой окисленный азот прежде всего нужно восстановить до аммиака, а это самая энергоемкая из всех биологических реакций. Поступление этого элемента в энергетическом отношении обходится растениям очень и очень дорого! Они берегут каждый атом азота. Те из них, которые теряли азот, не могли использовать и второй, и третий раз продукты распада белков, проигрывали борьбу за существование и вымирали. Поэтому растения, имеют мощную систему переамминирования, и самостоятельно синтезируют любые аминокислоты, в том числе и незаменимые для животных.
В траве и сене белки полноценные, но процентная доля их невелика. Травоядным животным приходится съедать громадное количество травы. Тогда они получат достаточно белка и незаменимых аминокислот, а углеводов в большом избытке. И этот избыток не может быть использован для наращивания мяса – он не сбалансирован кормовым белком. Значит, требуется дополнительный источник кормового белка, например, зерно.
Любые семена растений это концентрат запасных белков. Их назначение - как можно компактнее упаковать азот для питания проростка. И так уж получилось, что подобная укладка содержит очень мало незаменимых аминокислот. Растения не накапливают их в запасном белке, поскольку всегда могут синтезировать в необходимом количестве.
Зерно злаков и бобовых растений очень удобный, концентрированный корм, но, по причине дефицита незаменимых аминокислот, он плохо усваивается животными. Требуется еще добавка в корм концентрата незаменимых аминокислот – лизина, метионина, фенилаланина и других – всего числом девять.
Вот и определилась проблема: найти растительный корм, дешевый, с высоким процентом белка и полноценный по аминокислотному составу.
ГДЕ ЖЕ ВЫХОД?
Одним из решений стало добавление в корма рыбной муки. Кстати, пока в мире практиковалась охота на китов, большая часть их мяса перерабатывалась так же на кормовую муку. Более глупое положение трудно придумать: мы подкармливаем скотину мясом, чтобы получать от нее мясо. Но ни один процесс в природе не имеет КПД, близкий к 100%. Значит, животным нужно скормит мясокостной и рыбной муки гораздо больше, чем нарастет говядины, свинины или баранины. Все это понимают и разводят руками: надо как-то выходить из положения.
Другой путь решения нашей проблемы состоит в использовании на корм зерна сои. Это единственное растение, запасные белки которого содержат достаточное количество незаменимых аминокислот. По этой причине питательность зерна сои уникальна и приближается к таковой у мяса. Почему соя обладает такими свойствами – не спрашивайте, никто в мире этого не знает, но факт остается фактом.
Значит, ура! Разведем по всей планете сою, будем кормить ей наших животных. Но… Соя капризна, боится и холода, и засухи. По причине низкой адаптивности она не дает хорошего урожая в большинстве сельскохозяйственных регионов земного шара.
Самый крупный на земле регион, пригодный для возделывания сои, находится на территории США. Эти штаты называют «кукурузный пояс», но сейчас в нем соя занимает большие площади, чем кукуруза. Доходы США от продажи кормовой сои огромны. Один из президентов этой страны на встрече с фермерами сказал: «Доходы США от продажи сои относятся к доходам от продажи оружия как 10 к 1, а политический престиж от этих видов торговли различается еще больше».
Известна американская максима: «Бог особенно любит США и поэтому он подарил им земли кукурузного пояса». Что на это можно ответить? Янки в высшей степени свойственно самолюбование. Такая у них национальная особенность.
Остальным странам (и нам, в том числе) остается только облизываться, глядя на поля сои в США. Думаю, из этой зависти и родилась голубая мечта: получить урожайное, не боящееся ни жары, ни холода, растение, У КОТОРОГО ЗАПАСНЫЕ БЕЛКИ СЕМЯН БУДУТ ИМЕТЬ ПОЛНОЦЕНЫЙ АМИНОКИСЛОТНЫЙ СОСТАВ.
ЧУДО ЯЧМЕНЬ
Во многих странах началась работа по анализу зерна в коллекциях мировых растительных ресурсов и поиску генетических доноров полноценного белка в зерне. Очень быстро генетики Швеции обнаружили небывало высокий процент белка, богатого незаменимыми аминокислотами, в образце ячменя из Эфиопии. По своим свойствам он получил название Хайпроли (высокий белок), а ген, кодирующий этот признак символ lis (лизин).
Правда, у Хайпроли очень мелкое, щуплое зерно и низкий урожай, но ничего, мы соединим в одном гибриде гены крупнозерности и ген высокого содержания лизина lis. Мы не можем ждать милостей от природы и т.д.
Надо сказать, генетики обычно обозначают новые гены по их фенотипическому внешнему проявлению. И не особенно задумываются над тем, насколько сложна дорога от гена до признака. В большинстве случаев такой подход хорошо срабатывает, но случаются временами и ляпсусы. И в случае с Хайпроли генетики предположили, что высокий процент в зерне белка и незаменимых аминокислот контролируктся геном lis, а щуплость зерна и низкий урожай зависят от других, неизвестных нам генов.
Во многих странах началась работа по скрещиванию лучших коммерческих сортами ячменя с Хайпроли. Только в СССР в этой работе участвовало три института.
Прошло несколько лет прежде, чем обнаружился грустный результат. Ни в одной программе не были получены сорта с высоким содержанием полноценного белка. Гибриды с обликом культурных сортов имели низкий процент белка с малым содержанием незаменимых аминокислот, а щуплозерные малоурожайные формы были богаты полноценным белком. Говоря языком генетики, проявлялось тесное сцепление признаков щуплого зерна и высокого качества белка.
Такое сцепление может быть результатом очень близкого расположения генов на хромосоме. Другой возможный вариант – один из признаков является результатом (продуктом) реализации другого признака и контролирующего гена.
Оказалось, что у всех доноров, подобных Хайпроли, высокий процент белка и незаменимых аминокислот в зерне достигается не дополнительным синтезом их, а, напротив, подавлением роста эндосперма. Поясню наглядно. Как можно увеличить ПРОЦЕНТ белка? Правильно, усилить его синтез. Но есть и другой способ, нужно уменьшить остальную небелковую часть.
Зерно становится щуплым, плохо выполненным. В результате в общей массе зерна увеличивается доля зародыша, целиком состоящего из белка и богатого незаменимыми аминокислотами. Как следствие, повышается и процент белка, и лизина в зерне. И ничто не может изменить этого феномена: урожайные крупнозерные потомки имеют обычное содержание белка, а высоко лизиновые - мелкое зерно и низкий урожай.
И весь ажиотаж возник поэтому, что НИКТО не догадался определить для Хайпроли белок и лизин не в процентах в навеске муки, а В ПЕРЕСЧЕТЕ НА ОДНО ЗЕРНО. Бывают и такие ляпы!
В заключении приведу шутливую загадку, которая бытует среди селекционеров.
Что такое селекция?
Это когда ловят черного кота в абсолютно темной комнате. Слышно сопение ловцов и ... больше ничего!
Что такое прикладная генетика?
Это когда в абсолютно темной комнате ловят черного кота, которого там заведомо нет ... но время от времени раздается радостный крик: «Есть, поймал!»