В рамках нашего нового проекта «Капица — Резерфорд», посвященного отношениям российской и британской науки, генетик Игорь Лоскутов рассказывает читателям ПостНауки об экспедициях Николая Вавилова и значимости его открытий для современной науки.

Вавилов говорил: «Надо стоять на глобусе». Это выражение очень популярно и ныне в институте, который носит его имя, — Всероссийский институт растениеводства имени Вавилова в Санкт-Петербурге. Сотрудники тоже пытаются «стоять на глобусе»: они изучают генетические ресурсы, которыми обладают различные страны мира, и пытаются использовать весь этот материал с пользой для нашего сельского хозяйства. Для этого важно знать, где что нужно собирать. Эта идея волновала Вавилова с первых его шагов в Московском сельскохозяйственном институте.

Начало исследований Вавилова

В 1913 году Вавилов выезжает на стажировку в Великобританию, в садоводческий институт, где работает под руководством Уильяма Бэтсона. Он очень много времени проводит в Кембридже, в библиотеке Чарльза Дарвина, где знакомится с его книгами. Идея происхождения растений и культурных видов очень занимала Вавилова в то время. В XIX — начале ХХ века все ученые беспрекословно подчинялись мнению Альфонса Декандоля, который считал, что большинство культурных видов растений происходит из центров цивилизации человечества: Египет, Междуречье, Индия, Китай. Все эти центры находятся в долинах крупнейших рек, поэтому человеческим цивилизациям удобно развиваться в этих условиях.

Поначалу Вавилов соглашается с тем, что все культурные растения происходят именно из этих центров. Но когда он начинает собирать свои коллекции, то приходит к выводу, что все обстояло не совсем так. Эти центры цивилизации становятся центрами развития ремесел, развития самой примитивной селекции сельскохозяйственных культур, но сам материал люди собрали несколько в ином месте. Так он начинает формулировать первые положения теории центров происхождения культурных растений. Основываясь на данных, полученных Дарвином, и теории Декандоля, он выстраивает свою теорию, которая несколько отличается от предыдущих.

Рекомендуем по этой теме:
3217
Появление и эволюция хвощей

Свою первую публикацию («О происхождении культурной ржи»), в которой он упоминает теорию центров происхождения культурных растений, он опубликовал в 1917 году. Впоследствии он неоднократно возвращается к этой теме. Основная его работа была опубликована в 1926 году под названием «Центры происхождения культурных растений». В ней он сформулировал основные положения своей теории и выделил восемь центров происхождения культурных растений.

При этом число центров культурных растений у Вавилова меняется от публикации к публикации: сначала их было четыре, затем пять и шесть. В 1926 году он обозначает восемь центров происхождения, но даже после этого неоднократно возвращается к этой теме. В своей последней публикации в 1940 году («Учение о происхождении культурных растений после Дарвина») он возвращается к семи центрам и дает расширенное трактование всех понятий. Важно, что, по Вавилову, эти центры происхождения культурных растений располагаются в различных регионах мира и находятся не на равнинных территориях, как у Декандоля, а в горах, где могут формироваться новые формы растений.

Основой появления новых форм растений Вавилов называет генетические мутации, которые могут появляться от изменения внешних условий. Естественно, в горах все меняется быстрее. День или ночь, температура дневная или ночная, южный склон или северный, повышенная инсоляция — все это может приводить к появлению у растений точечных мутаций, в результате которых возникают новые признаки. Если признак соответствует изменению каких-либо внешних условий, то вся популяция занимает больший ареал и процветает. Если эти изменения не соответствуют изменениям внешних условий, то популяция сокращает свою численность и в итоге вымирает.

Экспедиции Вавилова

Основа теории центров происхождения культурных растений формировалась у Вавилова во время его экспедиций. Он выдвигал некоторые тезисы своей новой теории и собирал под них материал. Затем он анализировал его, дополнял и обобщал результаты. После чего выдвигал новые тезисы своей теории. Вавилов принимал участие в более 180 экспедициях — как на территории Советского Союза, так и за рубежом.

Основные экспедиции проходили с 1924 по 1933 год. В 1924-м Вавилов, будучи руководителем отдела прикладной ботаники, выезжает в свою первую экспедицию, в Афганистан, который называют пеклом творения основных зерновых культур, в частности пшеницы. Несмотря на огромные трудности, ему удается собрать уникальный материал и привести его в Советский Союз, где этот материал анализируется и используется в селекционных программах.

Затем Вавилов выезжает в экспедицию на Восток, в азиатские регионы: западные районы Китая, Японию, Тайвань и Корею. Там он также собирает неповторимый материал, несмотря на все организационные трудности: в то время Япония была закрытой для европейских посетителей страной.

В 1926 году Вавилов организует свою самую продолжительную экспедицию — Средиземноморскую. В это время он посещает южные страны Европейского континента, северные страны Африканского и некоторые страны Азиатского континента. За это время он побывал в Португалии, Испании, Франции, Италии, на Кипре, в Марокко, Алжире, Тунисе, Сирии и Эфиопии. Самой интересной для Вавилова целью в этой экспедиции была Эфиопия.

Вавилов слышит об Эфиопии от своего коллеги Джека Харлана, американского исследователя, который побывал там в 1923 году. После этого они интенсивно переписываются и обмениваются материалом. Вавилов еще больше убеждается в необходимости посещения Эфиопии для уточнения отдельных деталей своей теории о центрах происхождения культурных растений. В составе экспедиции он приезжает в Эфиопию и собирает уникальный материал: некоторые собранные им виды в то время еще не были описаны. Так, например, не был описан один род эндемичных бобовых растений, который Вавилов привез из Эфиопии. Впоследствии ему было присвоено имя Николая Ивановича Вавилова, и он стал называться вавиловия.

В 1930-х годах Вавилов снова посещает Соединенные Штаты Америки, куда впервые приезжал в 1922 году. В 1933-м он объезжает большую часть Южноамериканского континента, где собирает исключительную коллекцию картофеля и других видов, которые происходят с этого континента. С большим трудом весь этот материал Вавилов привозит в Ленинградский институт растениеводства. Основываясь на новых находках, он анализирует и дополняет свою теорию центров происхождения культурных растений.

Центры происхождения культурных растений

В своей последней работе, датированной 1940 годом, Вавилов обозначает семь центров происхождения культурных растений.

Первый центр — Индийский, из которого происходят такие культуры, как огурец, тропическая лиана, растущая в этом регионе. Кроме того, отсюда, из болот Индокитая, происходит самая главная культура земного шара — это рис (как культурные, так и дикие его разновидности). Также здесь появились все цитрусовые растения. Мандарины, апельсины и другие виды имеют гибридогенное происхождение из горных районов этого региона.

Еще один очень интересный и специфичный центр — Китайский. Главная культура для этого региона — соя. Также из этого центра происходят культуры, которые не только популярны в Китае, но и прижились на территории нашей страны, — это гречиха и просо. Кроме того, здесь возникли многие овощные культуры семейства крестоцветных.

Следующий центр — Юго-западноазиатский. Изначально у Вавилова этот регион был разделен на два, но в своем последнем издании он объединяет их в один центр. Отсюда происходят все зерновые культуры (пшеница, ячмень, овес, рожь), а также большинство бобовых культур, некоторые плодовые и овощные культуры. Это очень интересный, наиболее насыщенный центр по происхождению сельскохозяйственных культур.

Рекомендуем по этой теме:
9459
Селекция растений

Следующий центр — Средиземноморский. Отсюда происходит твердая пшеница и многие плодовые культуры, а также оливки и свекла.

Пятый центр — Абиссинский, ради которого Вавилов посещает Эфиопию. Этот центр называется эндемичным. Здесь можно увидеть особую пшеницу, Triticum aethiopicum (пшеница эфиопская), особый овес, Avena abyssinica (овес абиссинский), и огромное количество форм ячменя. Ячмень в Эфиопии — уникальная культура. Во всем мире ячмень — стопроцентный самоопылитель, а в Эфиопии ячмень — опыляемое растение, которое существует в различных формах.

Итого в Старом Свете находятся пять из семи центров происхождения культурных растений. Новый Свет на удивление беден своими генетическими ресурсами. Из Центральноамериканского центра происхождения культурных растений происходят такие культуры, как кукуруза, томаты, фасоль и подсолнечник. Подсолнечник особенно интересная культура, потому что происходит он из Америки, но свою вторую родину нашел в нашей стране, где широко используется в различных целях.

Последний центр происхождения культурных растений — это Андийский центр. Отсюда происходит все разнообразие картофеля — более трехсот видов. Заросли картофеля в Андийских горах образуют непроходимые тропические леса, потому что картофель там — это многолетняя тропическая лиана. Из этого центра происходят также такие декоративные культуры, как dahlia (георгина) и cosmos (космея).

Так выглядят все центры происхождения культурных растений, выделенные Вавиловым. Многие зарубежные коллеги Николая Ивановича не разделяют его точку зрения по этому поводу и говорят о центрах разнообразия. Тем не менее в настоящее время большинство международных центров, занимающихся генетическими ресурсами растений, располагается именно в этих центрах происхождения культурных растений, намеченных Вавиловым. Их посещают не только российские экспедиции, но и зарубежные исследователи из американского, австралийского и европейских генных банков для сбора необходимого разнообразия, которое там периодически появляется.