Возможно ли распространение патогена в атмосфере, который может вызвать всемирный голод, как в фильме «Интерстеллар»? 

В завязке фильма «Интерстеллар» некий патоген растений умеет потреблять азот из атмосферы и почвы, а также губить растения — примерна как пседогриб фитофтороз, причина голода в Ирландии середины XIX века, от которого погибли миллион человек. Только эта «чума растений» глобальна, поскольку умеет распространяться в атмосфере. Реально ли такое с научной точки зрения? Давайте прикинем.

Итак, 75 процентов всей сухой биомассы на планете составляют растения, более чем на 95 процентов — наземные. Животные, вместе взятые, дают всего треть процента. Патоген из «Интестеллара», таким образом, можно назвать экофагом: он уничтожает экосистему в принципе, подрывая само основание пищевой пирамиды. По сюжету фильма со временем это лишит земную атмосферу всего кислорода, но и тогда патоген не погибнет, поскольку каким-то образом «потребляет» азот и поэтому не зависит от кислорода. Получается, никаких шансов на восстановление экосистем с ним нет.

Естественным путем — сомнительно

Сперва о базовой, «естественно-биологической» стороне вопроса. Паразитов растений с похожими возможностями много — это и грибы, и бактерии, и простейшие. Однако все они либо высокоспециализированы (поражают только один вид растений), либо низколетальны (недостаточно эффективно поражают каждый из атакуемых видов растений). Это не случайность: множество растений вокруг нас напичканы биопестицидами, включающими биофунгициды.

Число этих соединений выше, чем пестицидов, созданных человеком, и, как правило, они токсичнее. Например, ДДТ значительно безопаснее для животных, чем соланин, содержащийся в обычной картошке, которую мы едим. Оно и логично: растениям в процессе эволюции было выгодно синтезировать соединения, опасные для как можно более широкого спектра живых организмов. А вот пестициды искусственного происхождения — начиная с ДДТ — детально исследовали на предмет опасности для людей, что и позволяло отсечь действительно летальные соединения.

Спектр биопестицидов у растений (включая те, что мы едим) так широк, что патоген, способный одолеть сразу все из них, трудно представить себе даже на концептуальном уровне.

Его биохимия должна будет отличаться сразу ото всех групп патогенов, с которыми стабильно сталкиваются растения, — от вирусов и бактерий до грибов и прочего. То есть от всех известных царств жизни на Земле. Попросту говоря, организм в идеале должен быть инопланетным. Однако в этом случае ему будет объективно сложно паразитировать на земных растениях: нет смысла питаться чем-то настолько биохимически далеким от состава вашего собственного тела.

Возможно ли это в принципе?

Варианты такого «экофага» создать все-таки можно. Правда, придется постараться. Для этого надо получить организм, способный поглощать какой-то ценный для растений ресурс, почти подчистую лишив их его. Азот, который пожирает патоген из «Интерстеллара», категорически не подходит: его в атмосфере, во-первых, буквально квадриллионы тонн — слишком долгим выйдет поглощение. Во-вторых, получить энергию за счет усвоения азота в земных условиях нереально. Его связывание чисто физически будет сильно энергозатратным для любого живого организма.

Но есть газ, которого в земной атмосфере радикально меньше, чем азота, и который реально связать быстро. Это углекислый газ. Считаные триллионы тонн (близкое по углероду количество содержится в биомассе всего живого на Земле) «экофаг» может связать быстро. Более того, в истории планеты что-то отдаленно похожее пару раз уже случалось.

Первым «экофагом» были сами растения как группа: между 800 и 440 миллионами лет назад они в десятки раз снизили концентрацию СО2 в атмосфере Земли, поскольку активно его «ели» (строили из него свои тела). За счет этого более ранние фауны планеты погибли: они не были приспособлены к атмосфере с большим содержанием кислорода.

Примерно 50 миллионов лет назад этот трюк попробовал повторить плавучий папоротник Azolla. Его особенностью было то, что он сочетал черты водного и наземного растений.

Как и любой наземный папоротник, он брал СО2 из воздуха, а не из растворенных в воде атмосферных газов. Концентрация углекислого газа, растворенного в воде, весьма мала, что сдерживает биомассу водных растений на крайне малом уровне. У азоллы этот «тормоз роста» снят.

В то же время, в отличие от стандартного наземного растения, она плавает в воде. Поэтому после смерти азолла тонет, тем самым надолго выводя углерод из биологического круговорота. Океанское дно должно будет сперва погрузиться под континентальную плиту и лишь после этого углерод с него вернется в атмосферу с вулканическим извержением. Но этот процесс может занять сотни миллионов лет и крайне редко занимает меньше десятков миллионов.

Полсотни миллионов лет назад это сделало из азоллы реальный экофаг, губителя целых экосистем. Тогда Северный океан был теплым, примерно как Черное море сегодня, а его верхний слой, возможно, был пресным. В итоге там быстро размножалась азолла, за 0,8 миллиона лет уронившая концентрацию углекислого газа в воздухе с 3500 до 650 частей на миллион (близко к современным цифрам). Теплая Земля, где в приполярных районах росли пальмы и жили черепахи, сменилась близкой к современной Землей, где ничего этого нет.

Можно попробовать вывести вид азоллы, устойчивый к соленой воде открытых морей. Почва им не нужна — они сами умеют фиксировать атмосферный азот. Если добиться от нового вида еще и хорошей скорости размножения, то реально опустить уровень углекислого газа ниже 150 частей на миллион.

Это наверняка погубит все растения. Сначала умрут все деревья. Неспособные размножаться при концентрациях ниже 150 частей на миллион, они просто не оставят потомства. Затем низкий уровень СО2 вызовет ледниковый период. Причем, как отмечал еще Михаил Будыко — советский ученый, первым заявивший о неизбежности глобального потепления, — падение уровня главного парникового газа ниже 180 частей на миллион может вызвать устойчивое глобальное оледенение планеты, включая экваториальные зоны.

Отдельные виды растений, живущие при СО2 ниже 150 частей на миллион, найти можно — допустим, ананас с его САМ-фотосинтезом. Но вот найти высшее растение, успешно живущее на чистом льду, нереально. В таком виде сценарий «Интерстеллара» — глобальная гибель всех сельхозкультур, растущих в открытом грунте — абсолютно реален.

Другое дело, что это не приведет к глобальному голоду. Дело в том, что человечество еще полвека назад показало, что может прокормиться с ничтожной площади закрытых экосистем (советский проект БИОН). Буквально сотни квадратных метров закрытых парников с лампами и обогревом хватает для пропитания одной особи. На восемь миллиардов человек потребуется всего 0,8 миллиона квадратных километров парников.

Конечно, с учетом глобального оледенения их придется делать на манер поморских кочей — плавающими платформами с округлым краем, чтобы вмораживание не раздавливало их, а лишь поднимало наверх. Да и снабжать энергией придется от АЭС, поскольку других реалистичных источников управляемой генерации в ледниковом мире не будет. Но все же избежать голода в таком мире можно (пусть и придется жить в пределах закрытых помещений) — достаточно не опускать руки.