Еда будущего: мясо из фекалий, мучные черви, медузы и фиолетовые томаты

Пять лет назад японский учёный Мицуюки Икеда шокировал даже своих привычных ко многому соотечественников, сотворив мясо из фекалий. Это не блажь, а практически привет из ближайшего будущего, в котором на планете ожидается много людей (до 9 миллиардов человек), но мало еды, воды и чистого воздуха. Однако всё не настолько безысходно — просто нам придётся пересмотреть свои нынешние агротехнологии и пищевые привычки.

Будет мясо

Грязной работёнкой господин Мицуюки занялся не просто так, а по коммерческому заказу: коммунальщики попросили найти способ переработки канализационных стоков. Возможно, это был один из первых случаев, когда производство мяса не навредило природе — животноводство ведь в течение многих веков остаётся не только трудоёмкой и затратной, но и антиэкологичной сферой. Оно "чадит" больше, чем все виды транспорта вместе взятые (производит почти 20 процентов выбросов парниковых газов), занимает около 70 процентов сельхозугодий, и на производство ничтожных 15 граммов животного белка расходует 100 граммов растительного, съедая большую часть зерна, которое выращивается на планете. А ведь учёные обещают, что лет через 15 наша потребность в мясе увеличится ещё на 60 процентов! Что если это время потратить на создание альтернатив мясу?

Без учёта достижений Мицуюки Икеда (всё-таки он перерабатывал продукт, а не синтезировал, и использовал труд бактерий), первую в мире искусственную котлету приготовили в 2013 году на научной презентации в Лондоне. Перед этим команда голландских учёных под руководством физиолога Марка Поста в специальном биореакторе вырастила 143-граммовый кусок синтетического мяса из клеток, изъятых из лопаточной части коровы. Благодаря питательной среде, содержащей сыворотку коровьего эмбриона, клетки "выросли" в мышечные волокна. Их немного "потренировали", растягивая и пропуская по ним электрические импульсы. Затем 3000 полусантиметровых полосок смешали с 200 полосками жировых клеток и провернули всё это через мясорубку. Готовая котлета получилась жёсткой и сухой, но с мясным вкусом. На её создание ушло более десяти лет, если считать от начала первых экспериментов Марка Поста, и почти 400 тысяч долларов. Спонсировал исследования Сергей Брин — один из создателей Google. Возможно, его имя сделало разработки Поста наиболее знаменитыми, но они не единственные.

Например, компания Beyond Meat выращивает искусственное мясо с 2009 года. Создатель проекта — веган Итан Браун — до этого трудился над топливными ячейками в канадской компании Ballard Power Systems, а чтобы запустить свой стартап, продал дом (зато потом в его инвесторах оказался даже Билл Гейтс). Первый продукт Beyond Meat — полоски из искусственной курятины, которые продаются в американских магазинах и собирают положительные отзывы.

Натуральный заменитель сегодняшней курятины тоже уже предложен — способ обнародовал в 2012 году Андре Форд, который тогда учился на архитектора в Королевском колледже искусств в Лондоне. Пока что Андре рискует не дожить до воплощения своего проекта, который вполне тянет на иск за жестокое обращение с животными. Форд предложил подавлять чувственное восприятие кур, удаляя им кору головного мозга, а затем развешивать птиц (живых, конечно) на вертикальных стеллажах (по 1000 штук на каждом), снабжённых трубками для питания и отвода продуктов жизнедеятельности. Проблему необходимой мышечной стимуляции решит электрический ток.

Парадокс, но такая весьма живодёрская технология оказывается более гуманной в сравнении с современными птицефермами, где птицы вынуждены прозябать в тесных клетках, дефиците воздуха и света. Также она позволяет разместить в кубическом метре 11,7 кур (а не 3,2 как сейчас), что удешевляет производство курятины и улучшает вкус и качество мяса, сохраняя систему кровеносных сосудов.

Эти "вкус и качество", за которые бьются исследователи, — никакая не дань потребительству, воспеваемая в рекламе, а необходимость: даже в технологичном будущем нам не выжить без белка. Но это не значит, что нужно зацикливаться на его привычных источниках — пора расширять рацион!

Ловите мух

Например, переходить на насекомых. Неспроста же их каждый день ест два миллиарда людей! Кузнечики, водяные клопы, муравьи, шелкопряды и ещё почти 2 000 различных видов — все они, в отличие от птицы и скота, не транжирят энергию: если сверчки производят "съедобный килограмм" из 2,1 кг корма, то курица — из 4 кг, свинья — из 9 кг, а корове требуется до 25 кг. И ещё насекомые невероятно экологичны: килограмм говядины создаёт около 2,85 кг парниковых газов, а килограмм домашних сверчков (аппетитная картинка, да) — всего 2 грамма. Осталось как-то обуздать инсектофобию и брезгливость. Но, возможно, есть насекомых нам и не придётся — они ведь могут просто заменить собой корм для сельскохозяйственных животных. Разработкой таких кормов, например, занимается американская компания Organic Nutrition Industries.

А наши "западные" желудки, возможно, окажутся более толерантными к морскому ассортименту. На рыбу не рассчитывайте: с сегодняшними темпами вылова через полвека останутся только генномодифицированные воспоминания о ней (о ГМО чуть ниже). Учёные советуют присмотреться к водорослям и медузам.

О медузах Средиземного и Чёрного морей прямо так и написано в докладе ООН "Положение дел в области продовольствия и сельского хозяйства" за 2013 год: "Если вы не можете бороться с ними, ешьте их". Идея не нова, но до мировых масштабов ей тоже пока далеко. Водоросли нам куда привычнее, особенно любителям экзотических кухонь, но даже из них не все знают, что сейчас известно 145 видов съедобных водорослей. В пищепроме будущего специалисты отводят особое место специализированным водорослевым фермам наподобие тех, что сейчас устроены в Западной Австралии стараниями компании Aurora Algae.

Её специалисты подсчитали, что морская тина содержит в 40 раз больше белка по сравнению с соей, а требует для таких подвигов самую малость — 1 процент того объёма воды, что необходим сое. Что уж говорить о высокой биологической активности — содержании базовых жирных кислот омега-3, гидрокарбонатов, полисахаридов, ферментов. На первых порах водорослевый порошок, видимо, будет включаться в состав другой пищи.

Съедобные модификации

С ещё одним способом добавить продукту полезных свойств — генетическим модифицированием — связаны очень большие гастрономические надежды. По данным на конец 2015 года, на мировом рынке было 28 генно-модифицированных культур (основные среди них — соя, кукуруза, хлопок и рапс, а также картофель), которые растут в 30 странах и занимают около четверти аграрных территорий.

Самая нужная для сельскохозяйственных растений суперспособность — устойчивость к гербицидам, насекомым и болезням. Однако генетики могут улучшить даже лечебные свойства культур. Например, ещё в 2008 году ученые из Центра Джона Иннеса в Норидже (ведущего в области биологии растений британского научного учреждения) вывели фиолетовые томаты с высоким содержанием пигмента антоциана. Как известно, антоцианы имеют бактерицидное и противоотёчное действие, укрепляют стенки капилляров, улучшают строение волокон и клеток соединительной ткани, являются сильными антиоксидантами, хорошо влияют на зрение и придают готический шарм вашему салату. Казалось бы, всего лишь цвет — а сколько пользы!

По той же схеме сельскохозяйственные культуры можно снабдить устойчивостью к климатическим катаклизмам, чем, кстати, занимается долгие десятилетия старая добрая селекция, а также вывести многолетние зерновые культуры (что значительно сократит расходы на посев и уборку) и вернуть человечеству древние растения, давно и незаслуженно забытые — "хлеб ацтеков" амарант (сейчас его выращивают в горах Индии, Непала и Китая), "золотое зерно инков" киноа, сладкий камут (родственник пшеницы), который ели в Древнем Египте. Но важно не только возродить или разработать — надо ещё и вырастить с минимальными потерями и максимальной пользой. Для этих целей сейчас развивается перспективное направление точного земледелия.

Удобрить прямо в точку

Хотя идеалам точного земледелия уже не менее 20 лет, в большинстве хозяйств, особенно российских, оно относится к инновациям. Однако в будущем, когда экономия ресурсов и территорий станет жизненной необходимостью, оно окажется единственно возможным. Суть его в том, что практически любое пространство, где возделываются сельскохозяйственные культуры, по своим свойствам напоминает лоскутное одеяло: разные его участки по-своему увлажнены и неодинаково удобрены, имеют разный состав почвы, подвержены влиянию разнообразных факторов.

Чтобы с этих столь различных участков получать одинаково качественный урожай, должно быть как в частной школе или клинике — индивидуальный подход к каждому. Полвека назад позволить себе и грядкам такую роскошь мог только фермер, возделывающий небольшие площади. Но современный уровень развития технологий помогает даже в больших хозяйствах с помощью наземных датчиков, дронов, спутниковой и аэрофотосъёмки, а также специального программного обеспечения (включая нейросети) отслеживать и анализировать состояние почвы, воздуха и посевов. Рассчитывать, где требуется дополнительное удобрение или полив, с какой частотой нужно сажать семена, и где необходима усиленная защита от вредителей.

А современные сельскохозяйственные дроны — это только предвестники грядущего засилья "агро(ро)ботов" — роботов, которые возьмут на себя всю сельскохозяйственную рутину — от вспашки и опыления посевов до пасынкования и определения момента, когда пора собирать урожай. Помимо повышения урожайности, такой подход экономит время и деньги, а главное, сокращает вредное воздействие на почву. Если она есть.

Беспочвенные планы

Потому что когда-нибудь для выращивания зелени и картошки вам понадобятся не грядки, а, скажем, аэропоническая установка. Одну такую изобрела Дженнифер Брутин Фара, сотрудница медийной лаборатории Массачусетского технологического института: в SproutslO Microfarm почва заменена питательным туманом. Данные о его соответствии потребностям растений, температуре, кислотности, освещённости собирает комплекс датчиков, которые отправляют информацию в специальное приложение; с его же помощью можно корректировать и настройки системы. Автор проекта утверждает, что аэропоническая система позволяет экономить 98 процентов воды и 60 процентов удобрений.

Это только один из способов выращивать растения на вертикальных фермах, которые вот-вот станут хитом прогрессивных городов. С увеличением количества мегаполисов, где лет через 30 будет проживать 70 процентов землян, перенос растениеводства в города станет логичным шагом. Самый известный на сегодня пример воплощён японской компанией Pasona, которая занимается подбором кадров. Её офис — девятиэтажное здание в центре Токио, покрытое зеленью не только снаружи, но и внутри. Зелёные насаждения занимают 1/5 часть пространства: фрукты, овощи, рис, кусты и деревья — всего 200 видов растений, украшающих коридоры, холлы и кабинеты.

Озеленители Pasona использовали философию гидропоники — способ выращивания растений без почвы, когда корни находятся в её заменителе или воде. Но Pasona – образец интегрирования агротехнологий в повседневность. А пример коммерчески успешных вертикальных ферм появился благодаря изобретателю Джеку Ыну: его фермы-башни Sky Greens (их уже более 100 в Сингапуре) занимают всего по 6 квадратных метров и требуют для выращивания зелени и овощей куда меньше воды и энергии, чем обычное производство. Интересно, что городскими фермами сейчас очень интересуются лидеры рынка техники и электроники: свои "грядки" есть у Panasonic, который автоматизирует городскую овощную ферму в Сингапуре, у Sharp, который с помощью LED-ламп возделывает в Дубае клубнику, а Fujitsu выращивает на Фукусиме салат.

Специалисты считают, что использование вертикальных ферм в городах позволит увеличить урожайность и освободить деградирующие сельскохозяйственные земли от нагрузки, отрицательные последствия которой сегодня ощущают на себе уже 15 процентов населения Земли. Кроме того, это решит проблему вырубки лесов под сельхозугодья и природных катаклизмов.

Закрытая система

Сложности с уже имеющимися климатическими особенностями сейчас тоже решаются. Например, изобретатель Чарли Пэйтон (Великобритания) несколько лет назад предложил строить огромные теплицы для выращивания овощей и фруктов в пустыне, при этом вода для полива должна поступать из моря. "Пилотные" теплицы быстро появились в ОАЭ, Омане, Австралии и сразу показали урожайность, сравнимую с классическими предшественниками.

Но самые смелые тепличные мечты взращивают те, кто разрабатывает закрытые экологические системы, которые не зависят от окружающей среды и позволяют выращивать любые растения в любых условиях, перерабатывая отходы в кислород, воду и еду. Примерно такую систему старался создать марсианин Марк Уотни, когда выращивал на Красной планете картошку с использованием экскрементов и добывал воду из ракетного топлива.

Главная функция будущих закрытых экосистем — снабжение человека пищей в таких же экстремальных условиях в любой точке земного шара, будь то полярная станция или город в пустыне. А также в любой точке освоенного космического пространства. Несколько закрытых экосистем человеком уже созданы — пока они совсем небольшие, зато позволяют экспериментировать и набираться знаний и опыта. Например, в 1990-х годах в США был воплощён проект "Биосфера 2", когда под герметичными куполами команда учёных и энтузиастов попыталась организовать Землю в миниатюре.

На территории всего в полтора гектара были устроены разные природные зоны (джунгли, саванна, болото, даже океан), заселённые 3000 видов растений и животных, включая восьмерых людей-исследователей. Два года "Биосфера" должна была существовать автономно, не получая снаружи никакой помощи, кроме консультаций. Однако уже через несколько недель ей пришлось начать поставлять кислород. В маленькой системе оказалось много сложных процессов и факторов, которые не были учтены, а главный вывод, который был сделан после свёртывания эксперимента — человек пока что очень зависим от окружающей среды, и требуется множество исследований, прежде чем такую закрытую систему можно будет использовать при колонизации других планет.

Похожий эксперимент с середины ХХ века шёл в Красноярском институте физики. "БИОС-3" использовал принципиально иной подход: он не дублировал земную "обстановку", а представлял собой систему, искусственную на 100 процентов, где всё было просчитано заранее. Этот проект оказался более успешным: учёные провели десять разных экспериментов с экипажем из одного-трёх человек, в ходе которых система переходила на полностью самостоятельный круговорот газа и воды и на 80 процентов обеспечивала потребности экипажа в пище. В 2014 году эксперимент с замкнутой системой был проведён в Китае. "Лунный дворец-1" практически повторил исследования "БИОСа", и его команда прожила в автономном режиме 104 дня. Водой и воздухом они обеспечивали себя на 100 процентов, едой — пока только на 55 процентов, при этом почти весь белок испытатели получали, употребляя мучных червей.

видео
life.ru/t/наука/932961/ieda_budushchiegho_miaso_iz_fiekalii_muchnyie_chiervi_mieduzy_i_fiolietovyie_tomaty

У табака отключили процесс гашения

Модификация трёх генов растения не только позволила ему эффективнее защищаться от солнечного света, но и резко подняла урожайность.

Учёные из США подвергли генетической модификации сельскохозяйственную культуру табака и смогли добиться роста её урожайности на 17-20 процентов. Для этого они отрегулировали механизмы, которые растения используют для защиты от яркого света, "научив" их быстро отключаться в тени и тем самым резко подняв среднюю интенсивность фотосинтеза. Соответствующая статья опубликована в Science.

Исследователи усилили экспрессию трёх генов табака – кодируемые ими белки появлялись в среднем значительно чаще, чем у обычных, немодифицированных сортов. Все три гена отвечали за торможение и активизацию фотосинтеза в зависимости от силы солнечного света, воздействующего на растение.

На нашей планете наземные растения постоянно находятся в условиях переменного освещения. При ясном небе на них падает более чем киловатт солнечной энергии на квадратный метр. А когда Солнце закрывает набежавшее облачко, интенсивность освещения падает до 100-200 ватт на квадратный метр, причем часто за доли секунды. Если бы нетенелюбивые растения осуществляли фотосинтез одинаково и при сильном и при слабом освещении, то подверглись бы серьёзным неприятностям. Им пришлось бы или отказаться от фотосинтеза в тени, или рисковать "здоровьем" фотосинтезируя на ярком свету.

В последнем случае свет расщеплял бы молекулы воды в хлоропластах растений, и делал бы из полученного кислорода свободные радикалы – очень опасные для живых организмов химические активные формы кислорода. Они, как считается, отвечают за старение и способны вызвать гибель клеток. Чтобы адаптироваться к условиям переменного освещения у этой группы растений сформировался особый механизм – нефотохимическое гашение. Процесс этот в случае табака как раз и управляется тремя модифицированными генами.

Повышенная экспрессия трёх генов создала необычные для растений условия – гашение начиналось и заканчивалось намного быстрее, чем у не модифицированного организма. Это резко повысило среднюю интенсивность фотосинтеза. Дело в том, что обычно растение в поле примерно половину времени проводит при чистом небе, и половину – под прикрытием облаков. Сразу после того, как облачко ушло, растение довольно медленно прекращает процесс гашения фотосинтеза. Лишь через какое-то время его хлоропласты вновь становятся более чувствительными к свету.

Всё это время система хлоропластов растений фактически работает при неполной нагрузке. За счет дополнительной модификации генов, управляющих процессом гашения, ученые добились того, что простои при набегании облаков резко снизились. Поэтому зелёная масса табака после его генетической модификации оказалась на 17-20 процентов выше, чем у немодифицированных растений, выращивавшихся рядом.

В настоящее время исследователи планируют подвергнуть таким же модификациям сою и рис. Как уже писал Лайф, в настоящий момент в мире нет дефицита пахотных земель и в тех же США количество распахиваемых площадей снижается уже полвека. Однако ожидается, что в будущем, из-за роста населения планеты, ситуация может измениться. К тому же в Штатах широко эксплуатируют генетически модифицированные растения для снижения затрат фермеров и соответствующего роста их прибылей. Это делает использование ГМО-культур экономически целесообразным даже несмотря на то, что пока снабжать человечество продовольствием удается и без них.