Наше “завтра” начинается сегодня
История человечества развивается подобно раскручивающейся спирали. Каждый виток становится более масштабным, движение набирает все более стремительный темп. Мы пролетаем все с большей скоростью над проблемами, приобретающими характер глобальных катастроф, — эпидемии, голодоморы, экологические и техногенные катаклизмы. Согласно прогнозам экспертов ООН, в ближайшем будущем — уже к 2050 г. — население земли увеличится настолько, что для того, чтобы избежать массовых голодных смертей, необходимо будет по сравнению с сегодняшним днем увеличить производство продовольствия не менее чем на 70%. Для этого ежегодно человечество должно вкладывать около 40 млрд долларов в развитие и освоение новых технологий, так как дальнейшее экстенсивное расширение производства продуктов питания невозможно. Если и дальше вырубать леса для получения новых пахотных земель, человечество, постоянно увеличивающееся в численности, начнет задыхаться без кислорода, терять обжитые места из-за наводнений, а затем умирать от жажды из-за пересыхания рек.
Спасет человечество не столько трудолюбие аграриев, сколько осознание ими необходимости интенсификации сельского хозяйства, внедрение в растениеводство самых новейших, прогрессивных и высокоэффективных технологий.
Нанотехнология — надежда человечества
Слово «нано» в переводе с греческого означает «карлик» или «незначительного размера». В науке термин «nano» используется для обозначения сверхмалых величин и означает 10 в минус 9-й степени (10-9), то есть одну миллиардную часть чего-либо, например, метра (нанометр, нм). Нанотехнология — это такая технология, с помощью которой человек может управлять отдельными молекулами (частицами) или системами молекул при создании наноструктур с определенными физическими, химическими и биологическими свойствами, которые ему нужны. Принцип работы нанотехнологии прост — найти сверхмалую частицу с необходимыми свойствами и поставить ее на нужное место. Однако воплотить такой принцип непросто: руками до частиц микромира не добраться. Но человек может создать манипулятор, который поможет изготовить мини-манипулятор, который в свою очередь изготовит микроманипулятор и так далее, пока не будет сотворен наноманипулятор для механического воздействия на частицы микромира.
Таким образом, можно строить наноструктуры только из необходимых частиц (молекул) с нужными и полезными свойствами, а с ненужными свойствами — просто убирать. В результате этого получается изделие (или материал) с необходимыми, заданными свойствами.
Нанотехнология, и в особенности молекулярная технология, — междисциплинарная область фундаментальной и прикладной науки и техники, новые, очень мало исследованные дисциплины. Основные открытия, предсказываемые в этой области, пока не сделаны. Тем не менее, проводимые исследования уже дают практические результаты. Использование в нанотехнологии передовых научных достижений позволяет относить ее к высоким технологиям.
История вопроса и современность
Первое упоминание методов, которые впоследствии будут названы нанотехнологией, связывают с известным выступлением Ричарда Фейнмана «Там, внизу, много места», сделанным им в 1959 г. в Калифорнийском технологическом институте на ежегодной встрече Американского физического общества. Ричард Фейнман предположил, что можно механически перемещать одиночные атомы с помощью манипулятора соответствующего размера. Сам же термин «нанотехнология» впервые употребил Норио Танигути в 1974 г. Он назвал этим термином производство изделий размером в несколько нанометров.
Наиболее пытливые умы человечества сразу определили неограниченные возможности применения наноструктур. Нанотехнология становится объектом пристального внимания не только ученых, но и бизнесменов, социологов, политиков. Поскольку сферы возможного примененения нанотехнологий не ограничены, тема последствий их развития становится предметом философских исследований. C 2005 г. функционирует международная рабочая группа, изучающая возможные социальные последствия развития нанотехнологий, а с 2006 г. — Международным Советом по нанотехнологиям выпущена обзорная статья, в которой, в частности, говорилось о необходимости ограничения распространения информации по нанотехнологическим исследованиям в целях безопасности при борьбе с терроризмом. Организация «Гринпис» требует полного запрета исследований в области нанотехнологий.
В то же время, например, Владимир Путин в послании Федеральному собранию в 2007 г. назвал нанотехнологии «наиболее приоритетным направлением развития науки и техники», хотя и выразил озабоченность тем, что для большинства россиян нанотехнология сегодня — «некая абстракция вроде атомной энергии в 30-е годы». Дмитрий Медведев, со своей стороны, подчеркнул, что создан госзаказ на инновации и открыт «зеленый коридор» для экспорта высокотехнологичных нанотоваров, а также Роснано до 2015 г. на эти цели выделит 318 млрд рублей.
В Украине же в эти годы велась ожесточенная и непрерывная борьба за политическую власть, экономика трещала по швам, так что нам было не до «этих фокусов». «Нанотелегу» мы будем, судя по всему, «запрягать» еще долго-долго. С отечественной «нанотехнологией» потребитель скорее встретится в виде недовеса, недосыпа и недолива любой продукции, хотя термин «нано» следует воспринимать не как «мало», а «по-новому».
Высокие технологии в поле, саду, огороде
Как же можно использовать возможности нанотехнологий в сельском хозяйстве? В журнале «Nature» были опубликованы результаты интересных исследований. Ученые наблюдали за деревьями в те периоды, когда их листья активнее всего потребляли животные. Оказалось, что растения именно в это время начинают производить большое количество особенных дубильных веществ — танинов. А травоядные животные не могут нормально усваивать корм с повышенным содержанием танинов. Так растения природным путем защищаются от усиленных атак животных. Но больше всего поразило ученых то, что продуцирование танинов увеличивали даже деревья, росшие в радиусе 1 мили (1,6 км) от участка, который животные избирали себе для питания. Таким образом, эти исследования показали, что растения имеют хорошо развитые каналы коммуникации, через которые может распространяться определенная информация. Такая коммуникация помогает им адаптироваться и выживать в реальных природных условиях. «Аграрная нанотехнологическая Корпорация» (Маями, США) разработала препарат, который именно через такие каналы коммуникации влияет на развитие растений. Он получил название Nano-Gro®.
Наноформы только имитируют стресс
Химический состав этого нанопрепарата достаточно прост — сульфатные соли железа (Fe), кобальта (Co), алюминия (Al), магния (Mg), марганца (Mn), никеля (Ni) и серебра (Ag) в микроскопических концентрациях (0,000 000 001 моля), а также сахар, очищенный этиловым спиртом. В столь мизерных количествах химические вещества не могут ощущаться растениями как элементы питания (даже как микроэлементы). Растения воспринимают действие нанопрепарата как информацию, как сигнал стресс-фактора, при этом препарат является абсолютно безопасным для растений и для окружающей среды. Такая имитация стресса приводит к более активному росту корней. Лучше усваивается атмосферный азот, что повышает продуцирование белков, а значит, достигается общее улучшение роста, увеличивается общая масса растений, их плодородие и повышается стойкость к неблагоприятным условиям окружающей среды.
Обычно при наличии неблагоприятных факторов (стресс-факторы) — недостаток или переизбыток элементов питания, увлажнения, тепла, аэрации почвы и солнечной инсоляции, а также поражение сельскохозяйственных культур вредителями и болезнями — плодородие их снижается или они вообще могут погибнуть. В ходе эволюции растения произвели сложные природные защитные механизмы, которые позволяют им приспособиться к неблагоприятным внешним условиям. Такие защитные механизмы являются элементарной составляющей растительного мира и активируются как реакция на опасность. Они запускаются, когда растение выявляет признаки стресса, то есть после возникновения для него определенной угрозы, например, токсичности окружающей среды или агрессивного внешнего вмешательства. Тогда растение усиливает выделение соответствующих веществ, которые участвуют в разных защитных реакциях. Препарат Nano-Gro® запускает такой защитный механизм у растений, не подвергая их фактической опасности, в обычных, нестрессовых условиях, лишь имитируя стресс-фактор.
Польза нанотехнологии очевидна
Главное преимущество нанотехнологии заключается в том, что для активации соответствующих генов не применяются никакие химические вещества, а вся информация о химических соединениях записывается в кластерах воды. Дело в том, что вода (H2O) — это не просто сумма катионов H и анионов OH. Растворяя погруженные в нее вещества, вода образует сложные трехмерные структуры — кластеры. Именно эти кластеры переносят информацию о химических соединениях, которые были предварительно растворены в воде, и таким образом формируются сигналы для соответствующих генов. Кластеры сохраняют информацию о свойствах воды, то есть имеет место память воды, которая сама по себе является непродолжительной. И самое сложное здесь не то, как записать информацию в память воды, а то, как сберечь эту информацию и контролировать ее в течение длительного времени. Именно для этого и была изобретена новейшая технология — AGRO NANOTECHNOLOGY™. При ее применении кластеры воды, структура которых была изменена, размещаются в «капсулах»-носителях (спирт и другие жидкости или же твердые вещества, растворимые в воде). Эти «капсулы» обеспечивают сохранение свойств модифицированных кластеров воды годами.
Когда растение находится под воздействием стресс-факторов (высокая или низкая температура, засуха, наводнение, интенсивное ультрафиолетовое излучение и т. п.), его плодородие снижается. Но если растением будет активирован компенсационный механизм, то даже в стрессовых условиях плодородие будет достаточно высоким. При использовании Nano-Gro® в обычных, нестрессовых условиях, мы, благодаря активированному механизму компенсации, получим заметный прирост урожая. Результатом действия препарата является увеличенная продуктивность растений, защита от возможного негативного влияния внешней среды, стимуляция стойкости к заболеваниям, поражению вредителями и т. п. Вследствие этого плодородие значительно меньше зависит от погоды и токсичности химических соединений, которые они получают из почвы и воздуха.
Препарат Nano-Gro® выпускается в виде мелкозернистых гранул, которые способны надежно сохранять значительный объем информации, записанный в памяти воды. После растворения гранул в воде эта информация распространяется на весь раствор путем воссоздания кластеров воды. Следовательно, основное отличие Nano-Gro® от других продуктов заключается в способе его действия. Препарат никоим образом не изменяет структуру растений и не поставляет им никаких минералов, которые необходимы для роста. Технология основана на натуральной, простой и недорогой методике увеличения количества и качества сельскохозяйственной продукции без использования синтетических химических соединений.
Переходим к практике
Испытывая препарат Nano-Gro® на 100 с лишним сортах картофеля в течение двух огородных сезонов на участках с разной структурой почвы, всегда получал заметную прибавку к урожаю (до 25%) по сравнению с теми контрольными участками, на которых нанопрепарат не применялся. В любом варианте клубни однократно опрыскивались перед посадкой как раствором нанопрепарата отдельно, так и в баковой смеси с раствором протравителей, стимуляторов роста и микроэлементов. Растения на обработанных участках всегда развивались быстрее, имели более здоровый вид, меньше поражались грибными и вирусными болезнями. Заметно увеличивалось количество листьев и цветков, интенсивность их окраски, ускорялись цветение и накопление урожая.
Исследуя воздействие этого нанопрепарата на разные виды растений, ученые отметили общие для них качественные изменения — усиление стойкости к неблагоприятным условиям окружающей среды (растения становятся более крепкими, легче переносят засуху, переувлажнение, влияние ультрафиолетового излучения, колебание температурного режима, засоления), устойчивость к болезням и вредителям. Это позволило сделать вывод о возможности уменьшения количества применяемых удобрений, а также инсектицидов и фунгицидов на 20%.
Использование Nano-Gro® сокращает период созревания, улучшает вкусовые качества сельхозпродукции, повышает производительность зерновых в среднем на 25%, а фруктов — на 30%, увеличивает содержание в них углеводов в среднем на 30% и белков — на 10%. Кроме того, применение препарата благоприятно влияет на окружающую среду: стимулирует поглощение углекислого газа и активизирует производство кислорода, увеличивает количество тени, которую дают растения, улучшает снабжение их водой, поддерживает водный баланс, ограничивает распространение вирусных и грибных болезней и т. п.
Для приготовления рабочего раствора препарата Nano-Gro® одну из двух содержащихся в пакете гранул растворяют в воде. Изготовитель рекомендует погружать в этот раствор клубни картофеля на 30—60 с и затем просушивать, не допуская попадания на них прямых солнечных лучей. Поскольку изготовитель допускает возможность добавления нанопрепарата в раствор удобрений и стимуляторов роста, а также полив вегетирующих растений нанораствором под корень, то, учитывая достаточно высокую стоимость каждой гранулы, такой метод мне представляется расточительным.
Положительные результаты дало обильное опрыскивание посадочных клубней нанораствором и его смесью с растворами протравителя, микроэлементов и стимуляторов роста. Думается, что опрыскивание нанопрепаратом вегетирующих растений по листу во время защитных мероприятий и внекорневых подкормок также сымитирует угрозу стресса и вызовет повышенную физиологическую активность растений, а значит, даст дополнительную прибавку к урожаю. Но проверить это предположение за первые годы испытания пока не представилось возможным.