Сталкиваясь с катастрофическим изменением окружающей среды, большая часть живого начинает зависеть от способности растений и грибов приспосабливаться к новым условиям, будь то загрязненные, обеслесенные ландшафты или рукотворные среды, такие как озелененные крыши в городах. Повышение содержания углекислого газа в атмосфере и сопряженное с ним изменение климата влияют на микроскопические торговые сделки между корнями растений и грибами. Влияние условий этих сделок давно уже увеличивается в масштабе и выплескивается на целые экосистемы, целые природные массивы. В солидном труде, изданном в 2018 году, выдвигалось предположение, что «пугающее ухудшение» здоровья деревьев по всей Европе было вызвано нарушением их микоризных отношений, причиной которого стало азотное загрязнение. Микоризные связи, зародившиеся в антропоцене, определяют большую часть человеческой способности адаптироваться к резкой деградации среды. Нигде эти возможности – и ошибки – не заметны так, как в сельском хозяйстве. «От эффективности микоризной связи будет зависеть благосостояние и здоровье всего человечества», – писал Альберт Говард, основатель современного движения органического земледелия и страстный защитник микоризных грибов. В 1940-х годах Говард утверждал, что широко распространенное применение химических удобрений непременно нарушит микоризные связи, посредством которых «возникает <…> союз плодородной почвы и дерева, которое она питает». Последствия этого нарушения будут сказываться очень долго. Перерезать эти «живые грибные нити» означает ухудшить здоровье почвы. В свою очередь обязательно пострадают здоровье и урожайность посевов, как и люди и животные, питающиеся ими. «Способно ли человечество управлять своими делами так, чтобы его главное достояние – плодородность почвы – было сохранено? – взывал Говард. – От ответа на этот вопрос зависит будущее человеческой цивилизации».
Тон Говарда патетичен, и 80 лет спустя его вопросы затрагивают суть. В какой-то степени современное промышленное земледелие вполне успешно: за вторую половину XX века урожайность зерновых удвоилась. Но сосредоточенность на повышении производительности и прибыли привела к резкому увеличению себестоимости и расходов. Промышленное земледелие стало причиной широкомасштабного разорения окружающей среды и попадания в атмосферу четверти мирового объема парниковых газов. От 20 до 40 % урожая ежегодно пропадает из-за болезней и вредителей, несмотря на колоссальные объемы пестицидов. Урожайность в мировом масштабе перестала расти, несмотря на 700-кратное увеличение объема удобрений за вторую половину XX века. Ежеминутно во всем мире из-за эрозии уничтожается верхний плодородный слой почвы площадью 30 футбольных полей. И все же треть продуктов питания выбрасывается, а спрос на урожаи зерновых должен удвоиться к 2050 году. Необходимость срочно принимать меры для борьбы с этим кризисом переоценить сложно.
Могли бы микоризные грибы отчасти решить проблему? Вероятно, это глупый вопрос. Микоризные отношения – ровесники растений, они формируют будущее Земли уже сотни миллионов лет. Они всегда были рядом, когда мы возделывали посевы, и неважно, знали ли мы о них или нет. Тысячелетиями во многих частях света традиционное сельское хозяйство поддерживало здоровье почвы, тем самым опосредованно сохраняя отношения между растениями и микоризными грибами. Но за последние 100 лет наше небрежение привело к беде. В 1940 году Говарда больше всего тревожило то, что технологии промышленного сельского хозяйства не будут учитывать «жизнь в почве». Его опасения подтвердились. Рассматривая почву как нечто безжизненное, сельскохозяйственная деятельность разорила подземные сообщества, дающие вкус и пользу тому, что мы едим. Можно провести аналогию с медицинской наукой XX века, для которой микробы и болезнетворные бактерии были одним и тем же. Конечно, некоторые жители почвы, как и некоторые микробы нашего тела, могут вызывать недуги. Но большинство из них делают как раз обратное. Навредите микробному сообществу вашего кишечника, и ваше здоровье пострадает: возникает все больше болезней, вызванных попытками избавиться от «бактерий». Нарушьте экологическое равновесие в разноперой колонии микробов в почве – кишечнике планеты, – и здоровью растений тоже будет нанесен ущерб.
В исследовании, опубликованном в 2019 году учеными из «Агроскопа» (Agroscope) в Цюрихе, измерили масштаб урона и сравнили воздействие на грибные сообщества в корнях сельскохозяйственных культур органического (экстенсивного) и традиционного (интенсивного) земледелия. Секвенируя ДНК грибов, авторы смогли обозначить границы систем, в рамках которых взаимодествовали разные виды грибовы. Они обнаружили «заметные различия» между полями органических сельских угодий и традиционных. Там, где использовали принципы органического земледелия, микоризных сообществ не только было намного больше, но и сами грибные связи и сообщества были намного сложнее: исследователям удалось идентифицировать 27 тесно переплетенных и взаимосвязанных видов грибов, или «ключевых видов». В почве полей, где земледелие велось традиционным, интенсивным образом, не было обнаружено ни одного грибного сообщества. Во многих работах приводятся аналогичные результаты. Интенсивное земледелие, подразумевающее вспахивание и применение химических удобрений или фунгицидов, сильно сокращает количество микоризных грибов и изменяет структуру их сообществ. Земледелие более бережное – органическое или какое-либо другое – повышает разнообразие микоризных сообществ и объем грибного мицелия в почве.
Важно ли это? Большая часть истории сельского хозяйства – это история экологических жертв во имя урожая. Леса вырубаются, чтобы освободить место под пашни. Живые изгороди уничтожаются, чтобы поля становились больше. И то же самое происходит с сообществами микроорганизмов в почве. Если люди удобряют посевы при помощи химикатов, не отнимаем ли мы работу у микоризных грибов? Зачем беспокоиться о грибах, если мы «уволили» их, отказались от их обязанностей?
Микоризные грибы не только кормят растения. Ученые в «Агроскопе» описывают их как «ключевые организмы», но многие предпочитают термин «инженеры экосистем». Микоризный мицелий – это живой липкий шов, соединяющий почву воедино; уберите грибы, и землю начнет вымывать. Микоризные грибы увеличивают объем воды, который может впитать почва, сокращая на целых 50 % количество вымываемых дождями питательных веществ. Из всего углерода в почве – а его там в два раза больше, чем в растениях и в атмосфере, вместе взятых, – существенная часть заключена в твердых органических соединениях, производимых микоризными грибами. Поток углерода, попадающий в почву по микоризным каналам, поддерживает сложные пищевые сети. Помимо сотен или тысяч метров мицелия в чайной ложке здоровой почвы, там находится больше бактерий, простейших, насекомых и членистоногих, чем всех людей, когда-либо живших на планете Земля.
Микоризные грибы могут улучшить качество урожая, как демонстрировали эксперименты с базиликом, клубникой, помидорами и пшеницей. Они также могут усилить способность посевов соперничать с сорняками и увеличить их сопротивляемость болезням, подготавливая и укрепляя иммунную систему растений. Они могут сделать посевы менее уязвимыми перед засухой и жарой и более устойчивыми к засоленности почвы и тяжелым металлам. Они даже усиливают способность растений отбивать нападения насекомых-паразитов, стимулируя выработку защитных химических веществ. Список можно продолжать и дальше: в литературе полным-полно примеров тех преимуществ, которыми микоризные отношения обеспечивают растения. Однако применять эти знания на практике не всегда просто. Во-первых, микоризные связи не всегда увеличивают урожайность посевов. В некоторых случаях они могут даже ухудшить ее.
Кейти Филд одна из многих исследователей, работа которой финасируется ради микоризных решений сельскохозяйственных проблем. «Эти взаимоотношения куда более пластичны и ориентированы на среду, чем мы предполагали, – сказала она мне. – Очень часто грибы не помогают растениям поглощать питательные вещества. Результаты в высшей степени непостоянны. Все зависит от типа гриба, типа растения и среды, в которой оно растет». Ряд исследователей сообщают о таких же непредсказуемых результатах. Большинство разновидностей современных культурных растений выведены без оглядки на их способность образовывать продуктивные микоризные связи. Мы вывели сорта пшеницы, растущие быстро, когда их подкармливают большим количеством удобрений, и в результате получили «избалованные» растения, почти утратившие способность сотрудничать с грибами. «То, что грибы вообще устраивают свои колонии в корнях таких злаков, – это маленькое чудо», – заметила Филд.
Тонкости микоризных отношений означают, что самая простая и очевидная мера, то есть внесение в корневую систему растений микоризных грибов и других микроорганизмов, может привести как к положительному, так и к отрицательному результату. Иногда, как мог убедиться Сэм Гэмджи, знакомство растений с колониями почвенных микроорганизмов может поддержать рост посевов и деревьев и помочь восстановить жизнь на опустошенных землях. Однако успех такого подхода зависит от экологической совместимости. Плохо подходящие для растений микоризные виды могут причинить им больше вреда, чем пользы. Что еще хуже, внедрение предприимчивых грибных видов в новую среду может привести к вытеснению местных грибных сообществ с непредсказуемыми экологическими последствиями. Это не всегда учитывается быстро развивающейся «микоризной» индустрией: подкормка такого рода часто преподносится как универсальное и быстродействующее средство. Как в случае стремительно растущего рынка пробиотиков для людей, многие микробные штаммы выбирают для продажи не потому, что они наиболее «полезны», а потому, что их легко производить в промышленных условиях. Даже если все продумано, внедрение в среду различных микроорганизмов может улучшить ситуацию лишь до определенного предела. Как и любому организму, микоризным грибам нужно обеспечить условия для процветания. Почвенные микробные сообщества живут «на чемоданах» и вместе оставаться долго не будут, если ход их жизни постоянно нарушается. Чтобы внедрение микроорганизмов было эффективно, требуется коренная перестройка сельского хозяйства, аналогичные изменениям в рационе и образе жизни, на которые мы пошли бы ради блага поврежденной кишечной флоры.