Тополь: почему так трудно определить пол саженцев и избавиться от пуха

Коммунальщики против пуха

Тополя в странах бывшего СССР начали высаживать в середине прошлого столетия в рамках программы по восстановлению и озеленению городов после войны. Эти деревья очень быстро растут, неприхотливы в уходе и прекрасно очищают воздух от токсичных веществ, содержащихся в выхлопных газах, — об этом рассказывает доцент кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Александр Ермошин. Один тополь в сутки производит достаточно кислорода для дыхания четырех человек. Для сравнения: столько же выделяют семь елей, четыре липы или три сосны.

При всех плюсах у тополя есть огромный минус — опушенные семена, гроза коммунальных служб и кошмар аллергиков. Тополиный пух мгновенно загорается от любой искры, а огонь может перейти на всё, что встречается у него на пути: деревья, машины и даже электроподстанции. Сейчас работники коммунальных служб стараются обрезать ветки с соцветиями, но голые стволы без листьев не украшают город, да и пользы не приносят.

Казалось бы, решить проблему с пухом нетрудно — высаживать деревья только мужского пола. Ведь тополь — двудомное растение. На деревьях мужского пола образуются пыльники, которые выделяют пыльцу, а на женских — семена с тем самым злосчастным пухом. Но саженцы выглядят одинаково, и узнать пол растения можно только по их цветочным почкам, а для этого придется ждать, когда деревья подрастут и начнут цвести, — процесс занимает примерно 5–8 лет. Этот способ определения пола до сих пор остается в России единственным запатентованным (по данным «Яндекс.Патенты»). Поэтому, когда в прошлом веке тополя высаживали сотрудники городских служб, а то и просто участники «субботников», выбирать исключительно «мужчин» если и пытались, то не очень удачно.

Генетики в поисках пола

Определить пол тополей при помощи генетических исследований тоже непросто. За гендерные различия этих деревьев отвечает один из самых коротких для сложных многоклеточных организмов участков генома длиной всего около 100 тысяч пар оснований («букв» в ДНК). Для сравнения: у человека длина Y-хромосомы — 59 миллионов пар оснований, а X-хромосомы — 153 миллиона, и это далеко не предел. Кроме того, если у людей гомогаметным полом (то есть с двумя похожими X-хромосомами) будет женский, а гетерогаметным (с хромосомами X и Y, которые сильно отличаются) — мужской, то у тополей все наоборот — по крайней мере так считалось до недавнего времени. Новые исследования опровергли данные о том, что пол мужских растений гомогаметный, и научные работы в этом направлении продолжаются.

Российские ученые из Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН (ИМБ РАН) не первый год занимаются исследованиями тополей. Несколько лет назад им удалось выявить набор ДНК-маркеров, которые в будущем помогут определить пол этих деревьев (в 2017 году вышло несколько публикаций о генетическом разнообразии тополей Московского региона). Отличить растения разного пола всего за несколько часов поможет генетическая тест-система на основе полимеразной цепной реакции. «Мы разработали такой способ. Если его внедрить в практику, то можно действительно избавить и Москву, и другие города от тополиного пуха», — рассказывает Анна Кудрявцева, заведующая лабораторией постгеномных исследований из ИМБ РАН.

Мужские экземпляры ученые предлагают высаживать в несколько этапов через два-три года, заменяя старые и больные тополя новыми саженцами. Срубленные деревья можно использовать в производстве целлюлозы, фанеры и биотоплива. Сейчас ученые продолжают генетические исследования и учатся разводить деревья белого тополя (Populus alba) мужского пола через побеги.

Бесплодие против «трансгендеров»

Но мало высадить мужские экземпляры: ученые из Института экологии Волжского бассейна РАН считают, что в стрессовых условиях тополя могут менять пол. По рассказам местных жителей, такие случаи наблюдались во время аномальной засухи 2010 года в Самаре, но научных подтверждений этому нет. Считается, что причиной смены пола для тополей может быть реакция на стресс — например, засуху, засоление и загрязнение почвы тяжелыми металлами, нехватку питательных веществ (со всем этим лучше справляются мужские экземпляры), а также жару и разрушительное воздействие ультрафиолета (к ним более устойчивы женские).

Биологи из ИМБ РАН слухи о массовых «трансгендерных переходах» тополей опровергают: если пол обусловлен генетически, поменять его не так просто. Возможный механизм — мутации из-за транспозонов, мобильных или так называемых прыгающих генетических элементов. По крайней мере, такое объяснение загадочных историй про трансгендерные тополя предложили китайские ученые в прошлом году. Соглашается с ними и Александр Ермошин из УрФУ: «Значительная часть тополей имеет детерминированный пол — либо женский, либо мужской. Но есть небольшая доля тополей, у которых в геноме присутствуют генетические маркеры и мужского, и женского пола. И такие растения могут менять пол. Обычно это происходит в стрессовых условиях, например, когда их сильно подрезают».

Примечательно то, что разные виды тополей легко образуют гибриды. Среди них есть и бесплодные, которые не продуцируют опушенных семян: например, сорт «Валентина», выведенный инженером-биологом из казахского города Костанай Валентиной Ободовской. Несколько лет назад тысячи таких деревьев высадили в городах Казахстана, а в Астане даже создали аллею «Валентин».

В России тоже стараются вывести стерильные гибриды. На роль их прародителей могут подойти пирамидальная разновидность черного тополя или тополь Симона. По словам селекционеров, не образует пуха и быстрорастущий российский гибрид «воронежский гигант», который также называется элитный сеянец-38 Вересина. В прошлом году его начали высаживать в Нижнекамске.

Бдительность и влажная уборка

Тест-система от ИМБ РАН — многообещающее изобретение, но реализованное пока только на бумаге. Кроме того, если оно будет запущено, ждать замены старых растений придется как минимум несколько лет. А перестать страдать от тополиного пуха хочется уже этим летом.

Как ни странно, аллергия на пыльцу или семена тополя — редкость, но его пух переносит на себе пыльцу деревьев или луговых трав, на которую и реагирует иммунитет. Людям, которые плохо себя чувствуют в сезон цветения, врачи рекомендуют на время отказаться от продуктов, вызывающих перекрестную реакцию, и запастись антигистаминными препаратами.

Мониторить разные природные аллергены позволяют вкладки на Gismeteo и тематические сайты вроде «Пыльца CLUB» или MyAllergo, где бдительные аллергики выкладывают на карте фото цветущих растений и сообщают о своем самочувствии.

Избавиться от пуха в квартире поможет ежедневная влажная уборка, а не допустить его появления — сетки на окнах. Стоит держать подальше от окон постельное белье, ковры и другие ткани, где пух может накапливаться.

Также можно избегать районов, где тополей больше всего. В Москве, судя по недавно опубликованной карте, это Северо-Западный, Северо-Восточный, Юго-Западный и Зеленоградский административные округа. Если выбраться в эти районы все же пришлось, то защитить слизистые носа и глаз поможет маска, солнцезащитные очки и специальные спреи. Кроме того, врачи советуют также собрать волосы в пучок, чтобы на них не оседали аллергены, а по возвращении домой — принять душ.