Сумеет ли Земля прокормить 10 миллиардов человеческих ртов?

Население Земли сейчас составляет 7,6 миллиарда человек. Большинство специалистов по демографии сходится во мнении, что к 2050 году это число увеличится примерно до десяти миллиардов. Возникает вопрос: как прокормить всех, при этом не погубив планету?

Краткий пересказ статьи Чарльза Манна, опубликованной в журнале The Atlantic.

Непримиримые соперники

По мнению автора статьи Чарльза Манна, практически все возможные ответы на этот вопрос можно разделить на две большие категории, которые связаны с именами двух американцев, живших в 20 веке — Уильяма Вогта и Нормана Борлоуга.
Для Борлоуга ответом на вопрос была человеческая изобретательность, умение «совершенствовать» природу. Вогт считал иначе: человечество должно меньше потреблять, чтобы облегчить давление на экосистему Земли.
Чарльз Манн предлагает разделить последователей этих учёных на «волшебников» и «пророков». Волшебники, последователи Борлоуга, решают технологические задачи, а пророки, последователи Вогта, осуждают человеческое безрассудство.

Дорога в ад

В 1948 году Вогт опубликовал «Дорогу к выживанию», первую книгу в современном стиле «всё катится к чертям». В ней он высказал главный аргумент в пользу защиты окружающей среды, который есть сейчас у движения, получившего название «инвайронментализм», — ёмкость среды рано или поздно окажется исчерпана.
Этот термин предполагает, что у каждой экосистемы есть лимит ресурсов. Превысить лимит — значит разрушить экосистему. По мере роста населения, пишет Вогт, потребность в продуктах питания превысит ёмкость среды, что обернётся катастрофой: эрозия почвы, уменьшение площади лесного покрова, вымирание видов и загрязнение воды — всё это рано или поздно приведёт к голоду во всём мире.
Когда «Дорога к выживанию» была опубликована, Борлоуг, ещё молодой фитопатолог (специалист, изучающий болезни растений), работал в Мексике над проектом, финансируемым фондом Рокфеллера.
Учёный вывел новый сорт пшеницы: её стебель был намного короче стебля обычной пшеницы, который сильно наклонялся, и в результате растение загнивало и умирало. Новый сорт пшеницы увеличил показатели урожайности настолько, что в 1968 году Агентство США по международному развитию назвало это событие «зелёной» революцией — феноменом, который определил 20 век.
Последствия «зелёной революции» особенно были заметны в Азии, где в 1962 году фонды Рокфеллера и Форда открыли Международный исследовательский институт риса. В то время по меньшей мере половина населения континента голодала и жила в бедности.
Исследователям удалось вывести новый, высокоурожайный сорт риса. В 1970-х и 1980-х годах урожай в Азии увеличился в три раза. Более 80% риса, выращиваемого в современной Азии, относится к сорту, который учёные вывели в 1960-х годах прошлого века.
Однако, как и предсказывал Вогт, огромный скачок в производительности повлёк за собой серьёзные экологические проблемы. Пророки утверждали, что «зелёная» революция — просто способ отложить проблему массового голода: счастливый случай, а не решение.
Рост населения и благополучия, как утверждают пророки, означает, что вскоре нужно будет снова повысить урожайность посевов — волшебники называют это второй «зелёной» революцией.
Некоторые методы, использованные во время первой «зелёной» революции, уже человечеству недоступны. Фермеры не могут засеять новые земли, потому что практически каждый гектар пахотных земель уже освоен.
Невозможно увеличить количество используемых удобрений: ими уже злоупотребляют везде, кроме некоторых областей в Африке. Волшебники считают, что лучший выход — использовать возможности генетической модификации, чтобы достичь более высокой урожайности. Пророки считают, что нужно делать ровно противоположное: использовать меньше земли, расходовать меньше воды и прекратить загрязнять окружающую среду.

Азот

В середине 19 века немецкий учёный Юстус фон Либих установил, что количество азота в почве влияет на скорость роста растения. Для Либиха почва была лишь основанием, удерживающим корни. Добавьте азотных удобрений — и получите большой урожай.
Но в те времена не знали, как можно производить азотные удобрения. Технологию разработали два немецких физика — Фриц Габер и Карл Бош. Процесс Габера-Боша, возможно, был самым важным технологическим достижением 20 века.
Этот процесс применяется для производства практически всех синтетических удобрений в мире. 45% населения планеты питается преимущественно продуктами, выращенными благодаря этим удобрениям.
Не бывает побед без поражений. За последние 60 лет растения смогли впитать только около 60% использованных удобрений. Остальные 40% попали в воду или в воздух (в виде оксида азота).
Удобрения обогащают землю и под водой: они способствуют росту водных растений. Умирая, эти растения оседают на дно водоёмов, их остатками питаются микроорганизмы. Микроорганизмы быстро размножаются, потребляют всё больше кислорода, и в результате другие формы жизни умирают.
Использование азотных удобрений также повышает количество выбросов оксида азота в атмосферу. В верхних слоях стратосферы оксид азота вступает в реакцию с озоном, защищающим живые организмы от ультрафиолетового излучения, и нейтрализует его.
Ещё до того, как Габер и Бош получили Нобелевскую премию, против химических удобрений высказался английский ботаник Альберт Говард (1873–1947), основатель органического земледелия. Альберт и его жена Габриэль (физиолог растений) в 1943 году опубликовали книгу «Сельскохозяйственный завет».
Ученые считали, что почва — это живой организм, а не ёмкость для химикатов. Физическая структура гумуса, микроорганизмы, живущие в почве, динамическая связь между корнями и землей — всё это было неизвестно, когда Либих закладывал основы агрохимии.
Говард считал, что индустриализация сельского хозяйства приводит к сокращению населения в сельских местностях и разрушению привычного уклада жизни. Его замечания были справедливы, хотя его оппоненты не считали это чем-то плохим. Сегодня очевидно, что опасения пророков насчёт пагубного воздействия агрохимии на почву оказались оправданными.
Казалось бы, примирить две точки зрения всё же было возможно. Волшебники могли бы задуматься об использовании органических удобрений, а пророки в свою очередь согласились бы использовать химикаты в качестве дополнительного способа удобрения. Однако этого не произошло: обмениваясь взаимными оскорблениями, они всё дальше отдалялись друг от друга.

Рубиско

Никто не знал, почему растения так сильно зависели от азота. Только после Второй мировой войны учёные выяснили, что растениям азот нужен в основном для выработки белка рубиско.
Рубиско — фермент, играющий ключевую роль в процессе фотосинтеза, но по биологическим меркам он настоящий лежебока. В среднем в секунду ферменты катализируют тысячи реакций, а рубиско соблаговоляет катализировать только две-три.
Но это ещё не всё: рубиско не справляется со своей функцией. В 40% случаев он вместо того, чтобы захватывать молекулу углерода, ошибочно присоединяет молекулу кислорода, что прерывает цепочку реакций в фотосинтезе и впустую расходует энергию и воду.
Процесс приходится начинать с нуля. Чтобы компенсировать все недостатки рубиско, растениям нужно вырабатывать большое количество этого белка, соответственно, нужно много азота.
Но эволюция нашла обходной путь — C4-фотосинтез (С4 означает, что в процессе участвуют молекулы, содержащие четыре атома углерода). В этом случае молекулы углерода захватывает не рубиско, а другой фермент.
Учёные во всем мире стараются превратить рис в растение класса C4, которое будет расти быстрее, потреблять меньше воды и удобрений и давать больше урожая. Рис — самый важный продукт питания в мире, так как он входит в рацион более чем половины населения планеты. Нехватка риса приведёт к гуманитарной катастрофе, последствия которой ощутят во всех уголках мира.
Проект исследования риса класса C4 (The C4 Rice Consortium), финансируемый фондом Билла и Мелинды Гейтс — попытка предотвратить глобальную катастрофу. Существует много растений, в которых фотосинтез протекает по С4-пути. Ученые считают, что С4-путь — это продукт эволюции, а значит, у большинства растений есть предшественники генов, которые позже стали отвечать за C4-фотосинтез. Остаётся надеяться, что рис относится к этой группе растений, и исследователи смогут определить и разбудить спящий ген.
Даже если проект не принесёт результатов, это не единственная инновационная идея биологов. Есть ещё самоудобряющаяся кукуруза, пшеница, которая может расти в солёной воде, улучшенная экосистема почвы — над всем этим учёные уже работают. Вероятность, что хоть какой-либо из этих проектов будет успешным, мала, однако так же мала и вероятность, что ни один из них не принесёт результатов.

Инновационная идея пророков

Волшебники всегда утверждали, что тип сельского хозяйства, который пропагандируют пророки, не сможет прокормить будущее население Земли. Данные многочисленных исследований показали, что урожай с ферм, работающих по принципам пророков, даёт меньше калорий с гектара, чем фермы волшебников — иногда эта разница несущественна, а иногда огромна.
По мнению пророков, глупо оценивать эффективность ферм только по показателям количества калорий с гектара. Эти показатели не учитывают последствия опустошения сельских местностей, уровень загрязнения окружающей среды, вкус и питательность продуктов.
На это у волшебников есть что ответить: для риса класса C4 нужно меньше удобрений и воды, чтобы дать больше результатов, а значит, для окружающей среды он лучше, чем обычный рис. Для волшебников идея, что сельское хозяйство должно подражать естественной экосистеме, абсурдна: только гиперинтенсивное индустриализированное сельское хозяйство, использующее суперпродуктивные генетически модифицированные семена, сможет прокормить будущее население планеты.
Если у волшебников есть рис класса C4, то и у пророков есть своя инновационная идея.
Пшеница, рис, кукуруза, овёс, ячмень, рожь и другие хлебные злаки — однолетние растения, которые нужно сажать каждый год. Дикорастущие растения, напротив, являются многолетними: они расцветают каждое лето на протяжении целого десятилетия. Многолетние растения имеют более развитую корневую систему и менее требовательны.
Пырей средний (Thinopyrum intermedium) — многолетний сородич пшеницы (Tríticum aestívum). В западное полушарие его завезли с Азии в 1930-х годах в качестве корма для скота. Исследователи стараются вывести из пырея новый сорт пшеницы, которому уже дали имя — Kernza.
Kernza, как и рис класса C4, возможно, не принесёт ожидаемых результатов. Для того чтобы растение было пригодно для сельского хозяйства, исследователям нужно увеличить размер его зерен, изменить строение растения и улучшить качества, важные для хлебопечения. Пока что работа идёт медленно.
Выращивание многолетних злаков — это сложный путь к повышению урожайности, и у него есть альтернативы. Например, выращивание маниока — корнеплодного тропического растения. Если исходить из показателей количества калорий с одного гектара, маниок в несколько раз превосходит пшеницу и другие злаковые.
Это справедливо и в отношении картофеля — северной альтернативы маниока. Хотя маниок незнаком многим культурам, быть может, легче способствовать его распространению, чем заниматься разведением совершенно нового сорта растений.
У пророков есть много способов прокормить будущее население Земли. Это трудно осуществимые способы, но разведение риса класса C4 — не менее сложная задача. Однако самая большая проблема пророков — это рабочая сила.

Правильный выбор

После окончания Второй мировой войны правительства большинства стран стимулировали переселение людей из сельской местности в города и стремились механизировать сельское хозяйство для увеличения урожайности и сокращения расходов (особенно на рабочую силу).
Ожидалось, что спрос на фермеров начнёт падать, им придётся переехать в города, где на заводах их труд оплачивался бы лучше. Не всё прошло гладко: во многих странах, включая даже самые развитые, сельская местность была опустошена.
Для пророков сельское хозяйство в первую очередь должно заботиться о почве. В условиях массового производства это сложно сделать: потребуется вернуть в сельские местности рабочую силу, обеспечить людей достойными условиями труда и хорошей заработной платой, что повлечёт за собой увеличение расходов. Более того, потребуется полностью переписать правовую систему. Осуществить подобные социальные изменения нелегко.
В этом и заключается источник многолетнего спора между волшебниками и пророками. Для волшебников фермерство — полезная, но тяжёлая работа, которую нужно упростить и сократить настолько, насколько это возможно, чтобы увеличить личную свободу.
Для пророков сельское хозяйство — это забота о сохранении экологии и форм социальной организации, которые являются основой жизни со времён первой аграрной революции, произошедшей более десяти тысяч лет назад. Земледелие может быть тяжёлой работой, но оно укрепляет связь между людьми и Землёй.
Оба довода подобны скрещивающимся прямым, находящимся в разных плоскостях. В 2050 году сегодняшние двадцатилетние должны будут сделать выбор: волшебники или пророки? Выбирать они будут не исходя из того, что возможно, а что, по их мнению, правильно.