В 2010 году, когда Дэйв Ходсон проходил по пшеничным полям Эфиопии, казалось, что все вокруг окрашено в желтый цвет. Грибок ржавчины охватил около трети пшеницы в стране, а споры разносились ветром, покрывая все вокруг. «Поля были совершенно желтыми. Ты шел по ним, и твоя одежда становилась ярко-желтой», — вспоминает он.
Ходсон, работавший тогда в Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН в Риме, прибыл в Эфиопию с коллегами для расследования эпидемии. Однако мало что можно было сделать: хотя власти располагали фунгицидами, когда они поняли масштаб проблемы, было уже слишком поздно. Эфиопия, крупнейший производитель пшеницы в Африке к югу от Сахары, потеряла от 15% до 20% урожая в тот год. «Разговаривая с фермерами, мы видели, как они просто теряли все, — рассказал Ходсон. — И ты думаешь: «Эх, мы должны были суметь помочь им больше»».
Ходсон, который теперь является ведущим научным сотрудником международной некоммерческой организации CIMMYT, с тех пор работает с коллегами над планом по предотвращению подобных потерь в будущем. Совместно с Мариселис Асеведо из Корнеллского университета он соруководит Консультативной системой раннего предупреждения о болезнях пшеницы, известной как Wheat DEWAS. Эта международная инициатива объединяет ученых из 23 организаций по всему миру.
Идея состоит в том, чтобы масштабировать систему для отслеживания болезней пшеницы и прогнозирования потенциальных вспышек для правительств и фермеров практически в режиме реального времени. Таким образом, они надеются защитить культуру, которая обеспечивает около одной пятой мировых калорий.
Это усилие крайне своевременно. С тех пор как появилась одомашненная пшеница (около 8000 лет назад), ржавчина, уничтожающая урожай, идет рука об руку с ней. Селекционные работы в середине 20-го века привели к созданию устойчивых к ржавчине сортов, которые повысили урожайность, и в большей части мира эпидемии ржавчины отступили. Но теперь, после десятилетий затишья, ржавчины вновь набирают силу в Европе. Отчасти это связано с изменением климата, поскольку более теплые условия способствуют заражению. Уязвимые регионы, включая Южную Азию и Африку, также находятся под угрозой.
Wheat DEWAS официально стартовала в 2023 году при финансировании в размере 7,3 миллиона долларов от Фонда Билла и Мелинды Гейтс (ныне Фонд Гейтса) и Министерства иностранных дел, по делам Содружества и развития Великобритании. Однако более ранняя версия системы предотвратила катастрофу в 2021 году, когда новая эпидемия угрожала полям пшеницы Эфиопии. Ранние полевые обследования, проведенные местной командой сельскохозяйственных исследований, выявили новый штамм желтой ржавчины. По словам Ходсона, погодные условия были «супер оптимальными» для развития ржавчины в поле, но система раннего оповещения позволила принять своевременные меры — правительство быстро развернуло фунгициды, и фермеры получили рекордный урожай пшеницы.
Wheat DEWAS работает за счет масштабирования и координации усилий и технологий на разных континентах. На местах ведется наблюдение — команды местных патологоанатомов осматривают поля пшеницы, вводя данные в смартфоны. Они собирают информацию о том, какие сорта пшеницы растут, и делают фотографии и образцы. В настоящее время проект разрабатывает пару мобильных приложений, одно из которых будет использовать ИИ для помощи в идентификации болезней путем анализа фотографий.
Другое направление системы, базирующееся в Институте Джона Иннеса в Великобритании, сосредоточено на диагностике. Группа там, работая с исследователями из CIMMYT и Эфиопского института сельскохозяйственных исследований, разработала MARPLE (расшифровывается как «мобильная и оперативная диагностика болезней растений»), которую Ходсон описывает как миниатюрный секвенатор генов размером с сотовый телефон. Он может проверять образцы пшеницы на наличие грибка ржавчины локально и выдавать результат в течение двух-трех дней, тогда как традиционная диагностика занимает месяцы.
«Прелесть в том, что можно очень быстро обнаружить что-то новое, — говорит Ходсон. — А именно новое часто доставляет нам самые большие проблемы».
Данные с поля напрямую отправляются команде в Глобальный справочный центр по ржавчине при Орхусском университете в Дании, который объединяет все в одну огромную базу данных. Возможность для стран и разбросанных по миру групп делиться инфраструктурой является ключевым фактором, отмечает Йенс Грёнбек Хансен из Орхуса, который руководит пакетом управления данными для Wheat DEWAS. Без сотрудничества и гармонизации данных, по его словам, «технология сама по себе не решит этих проблем».
«Мы выстраиваем доверие, чтобы за счет объединения данных мы могли извлечь выгоду из общей картины и увидеть закономерности, которые были недоступны, когда все было разрозненно», — говорит Хансен.
Их автоматизированная система передает данные Крису Гиллигану, который руководит моделированием в рамках Wheat DEWAS в Кембриджском университете. Со своей командой он работает с Метеорологической службой Великобритании, используя ее суперкомпьютер для моделирования того, как могут распространяться грибковые споры в данной местности при определенных погодных условиях, а также каков риск их оседания, прорастания и заражения других районов. Команда опиралась на предыдущие модели, включая работу по пеплу от извержения исландского вулкана Эйяфьятлайокудль, которое вызвало хаос в Европе в 2010 году.
Ежедневно в сети публикуется загружаемый бюллетень с семидневным прогнозом. Также рассылаются дополнительные предупреждения или уведомления. Затем информация распространяется от правительств или национальных органов власти к фермерам. Например, в Эфиопии о непосредственных рисках фермеры информируются посредством SMS-сообщений. Важно то, что если проблема вероятна, оповещения дают время отреагировать. «У вас, по сути, есть три недели запаса», — говорит Гиллиган. Это означает, что земледельцы могут узнать о риске за неделю до того, как споры начнут оседать и вызывать заражение, что позволяет им принять меры.
В настоящее время проект сосредоточен на восьми странах: Эфиопия, Кения, Танзания и Замбия в Африке, а также Непал, Пакистан, Бангладеш и Бутан в Азии. Однако исследователи надеются получить дополнительное финансирование для продолжения проекта после 2026 года и, в идеале, расширить его различными способами, включая добавление новых стран.
Гиллиган считает, что эту технологию потенциально можно будет применить и к другим болезням пшеницы, а также к другим культурам — таким как рис, — которые также подвержены воздействию патогенов, переносимых погодой.
Дагмар Ханольд, фитопатолог из Университета Аделаиды, не участвующая в проекте, называет эту работу «жизненно важной для мирового сельского хозяйства».
«Злаковые, включая пшеницу, являются важнейшими продуктами питания для людей и животных во всем мире», — говорит Ханольд. Хотя программы по выведению более устойчивых к патогенам культур уже существуют, новые штаммы патогенов возникают часто. И если они будут комбинировать и обмениваться генами, предупреждает она, они могут стать «еще более агрессивными».
