Как солнечный свет становится оливковым маслом.

 

Резюме: Оливка — такой же косточковый плод, как вишня или абрикос. Но вместо того чтобы становиться сладкой, она превращает большую часть поступающего сахара в масло. Почему так происходит? В статье мы проследим весь путь — от углекислого газа в атмосфере и солнечного света до первых капель масла в мякоти плода. Простым языком разберём, что такое липогенез, почему оливка выбрала именно эту стратегию и как средиземноморский климат повлиял на её эволюцию.

Вы узнаете: почему масло накапливается именно в мякоти, а не в косточке, чем жир отличается от сахара как способ хранения энергии, как этот процесс связан с качеством extra virgin olive oil и почему, открывая бутылку хорошего оливкового масла, мы держим в руках результат нескольких месяцев почти незаметной работы дерева, сумевшего сохранить энергию солнца в одной из самых совершенных форм, известных живой природе.

Оливку редко воспринимают как фрукт. Между тем с точки зрения ботаники она представляет собой вполне обычный косточковый фрукт — такой же плод, как вишня, слива, абрикос или персик. Все они построены по одному плану: тонкая кожица, сочная мякоть и твёрдая косточка, внутри которой находится семя. На ранних стадиях развития различия между ними совсем невелики. Все они растут благодаря продуктам фотосинтеза, которые поступают из листьев, все увеличиваются в размерах и проходят сходные этапы формирования тканей.

Однако по мере созревания их пути неожиданно расходятся. Вишня, абрикос и слива увеличивают содержание растворимых углеводов, превращаясь в сочный сладкий плод, предназначенный природой для распространения семян. Оливка словно нарушает это правило. Несмотря на то, что в её плод непрерывно поступает сахароза, зрелая оливка почти не бывает сладкой. Более того, незрелый плод настолько богат горькими соединениями, что практически несъедобен без специальной обработки.

Так куда же исчезает сахар из оливки? Ответ состоит не в том, что сахар «исчезает». Он остаётся внутри плода, но постепенно принимает совершенно другую форму. Вместо накопления сахара клетки мякоти оливки начинают синтезировать жирные кислоты, а затем соединяют их в молекулы жира, составляющие основу будущего оливкового масла. Этот процесс и называется липогенезом.

Понять липогенез, рассматривая только плод невозможно. Чтобы разобраться, почему оливка делает именно такой выбор, придётся выйти за пределы оливковой рощи и посмотреть на вопрос шире. Источник будущего масла находится не в почве и даже не в самом дереве. Он находится в атмосфере, а движущей силой всего процесса служит энергия солнечного света.

Воздух —главный источник будущего масла

Когда говорят о выращивании оливок, обычно вспоминают климат, почву, количество осадков, сорта деревьев и агротехнику. Всё это действительно важно. Но если задать вопрос, из какого вещества в итоге образуется оливковое масло, ответ для многих окажется неожиданным. Главным поставщиком этого вещества является воздух. Практически каждый атом углерода, который спустя несколько месяцев окажется в бутылке оливкового масла, первоначально находился в атмосфере в составе молекулы углекислого газа. Через листья CO₂ поступает внутрь растения, где начинается один из самых удивительных процессов, существующих в природе.

Используя энергию солнечного света, растение синтезирует из углекислого газа углеводы. Позднее значительная их часть превращается в сахарозу — основную транспортную форму углерода в растении. В буквальном смысле оно строит органическое вещество из воздуха. Почва при этом остаётся жизненно необходимой, но её роль принципиально иная: она поставляет воду и минеральные элементы, необходимые для работы клеток. Основная же масса будущего плода возникает благодаря углероду, который ещё недавно был частью атмосферы.

Именно поэтому привычное мнение «дерево питается из почвы» верно лишь отчасти. С точки зрения массы будущего урожая гораздо точнее было бы сказать, что дерево строит себя из воздуха.

При этом фотосинтез представляет собой не просто образование сахаров. Это процесс преобразования солнечной энергии в химическую энергию органических молекул. Энергия света не сохраняется в чистом виде. Она оказывается заключённой в химических связях между атомами углерода, водорода и кислорода. Сначала возникают простые углеводы, затем сахароза — главная транспортная форма углерода в растении.

С этого момента начинается постоянное движение вещества. Листья перестают быть лишь органом фотосинтеза и становятся своеобразными производственными центрами. Они непрерывно отправляют сахарозу по проводящей системе дерева к тем органам, которые в данный момент нуждаются в углероде больше всего: молодым побегам, корням и формирующимся плодам.

Для растущей оливки сахароза — это не конечный продукт. Это универсальное сырьё, из которого можно построить практически всё. Из неё могут быть синтезированы клеточные стенки, белки, органические кислоты, фенольные соединения и сотни других веществ. Часть сахаров расходуется на дыхание, обеспечивая клетки энергией для роста. Остальная часть становится строительным материалом для новых тканей. Именно на этом этапе судьба углерода ещё одинакова практически у всех растений. Но затем начинается то, что делает оливку совершенно особенной.

Момент, когда плод меняет свою стратегию

В повседневной жизни кажется естественным предположить, что масло начинает образовываться сразу после появления плода и постепенно накапливается по мере его роста. На самом деле это не так. В первые недели после цветения оливка занята совсем другой задачей. Она строит саму себя. Клетки интенсивно делятся, формируются кожица, мякоть, косточка, проводящие ткани. Основная часть поступающих сахаров расходуется не на образование запасов, а на создание новых клеток. В этот период плод быстро увеличивается в размерах, однако содержание масла остаётся незначительным.

Исследования физиологии развития плода показывают, что настоящий липогенез начинается значительно позже — после завершения основной фазы клеточного деления, когда клетки мякоти уже сформированы и начинают активно увеличиваться в объёме. Именно в этот период плод превращается из строящейся структуры в своеобразный центр накопления углерода.

Этот переход трудно заметить внешне. Оливка остаётся зелёной, продолжает расти, её форма почти не меняется. Однако внутри происходит принципиальная перестройка обмена веществ.

Если раньше сахароза использовалась преимущественно для построения тканей, то теперь всё большая её часть начинает направляться по совершенно другому пути. Клетки постепенно переводят углерод из растворимых сахаров в длинные цепочки жирных кислот, а затем объединяют их в молекулы жира. День за днём содержание масла увеличивается, тогда как концентрация растворимых сахаров остаётся сравнительно невысокой.

Именно здесь проявляется одна из наиболее интересных особенностей оливки.

Большинство сладких плодов используют поступающий углерод прежде всего для накопления сахаров. Это делает их привлекательными для животных и определяет знакомый нам вкус зрелых фруктов. Оливка выбирает иную стратегию. Вместо того чтобы увеличивать сладость, она начинает переводить всё большую часть поступающего углерода в наиболее концентрированную форму хранения химической энергии — жир.

С точки зрения биохимии это означает смену одного метаболического пути другим. С точки зрения физиологии — изменение всей программы развития плода. А если посмотреть ещё шире, то перед нами оказывается одна из фундаментальных стратегий жизни.

Живые организмы постоянно принимают решение, в какой форме сохранить углерод и заключённую в нём энергию. Углеводы позволяют быстро транспортировать и использовать её. Белки превращают этот углерод в работающие молекулярные механизмы клетки. Жиры же обеспечивают наиболее компактное и долговременное хранение энергетических запасов.

Липогенез оливки — не исключение из этого правила, а одно из наиболее совершенных его проявлений.

Когда сахар становится маслом

Когда мы говорим о липогенезе, это часто звучит так как будто сахар в оливке «превращается» в масло. В каком-то смысле это действительно так. Но если представить себе этот процесс буквально, может возникнуть ложное впечатление, будто молекула сахара постепенно изменяется и однажды становится молекулой жира.

На самом деле происходит гораздо более интересный процесс. Представим себе кирпичный дом. Его полностью разбирают. Старого дома больше не существует. Затем из тех же самых кирпичей строят совершенно другое здание. Оно имеет другую форму, другое назначение и другие свойства, хотя строительный материал остался тем же.

Примерно так же ведёт себя и клетка оливки. Молекула сахара действительно исчезает. Она распадается на более простые соединения, из которых клетка постепенно собирает совершенно новые молекулы — жирные кислоты, а затем объединяет их в молекулы, составляющие основу будущего масла.

Поэтому правильнее говорить, что растение не «хранит сахар», а использует сахар как строительный материал для создания масла. Именно поэтому оливка остаётся фруктом. Она не перестаёт получать сахар, как вишня или абрикос. Она лишь иначе распоряжается этим сахаром.

Необходимость такой сложной трансформации становится понятна, если сравнить свойства сахаров и жиров и вспомнить что жиры являются наиболее концентрированной формой хранения энергии в живой природе. Один грамм жира содержит примерно в два с лишним раза больше энергии, чем один грамм углеводов. Но дело не только в этом.

Сахара хорошо растворяются в воде. Если растение хочет накопить их в большом количестве, ему приходится одновременно удерживать внутри клеток значительный объём воды. Чем выше концентрация растворимых веществ, тем труднее клетке поддерживать водный баланс. Жиры устроены иначе. Они практически не смешиваются с водой и могут откладываться внутри клетки в виде небольших масляных капель. Для их хранения не требуется создавать большой водный резервуар.

Можно представить себе два способа хранения продуктов. В одном случае всё приходится держать в больших баках с водой. В другом — те же энергетические запасы помещаются в компактные герметичные контейнеры, которым вода практически не нужна. Для растения, живущего в условиях регулярной летней засухи, разница оказывается принципиальной. И здесь биохимия неожиданно встречается с географией.

Олива сформировалась в Средиземноморье — регионе, где именно в середине лета, когда плоды интенсивно растут, наступает самый жаркий и самый сухой период года. Сегодня мы выращиваем оливы с помощью капельного орошения, и рядом с ними прекрасно растут персики, нектарины, абрикосы и другие сочные плоды. Но в естественных условиях многие из этих культур без постоянного поступления воды просто не смогли бы давать такие крупные и сладкие плоды.

Олива эволюционировала совсем в другом мире. На протяжении миллионов лет ей приходилось рассчитывать прежде всего на зимние осадки и собственную способность переживать продолжительное сухое лето. Вероятно, именно поэтому стратегия накопления жира оказалась настолько удачной. Она позволяла одновременно решить две задачи: сохранить большое количество энергии и не связывать её с дополнительной водой.

Липогенез оказался не просто ещё одним вариантом обмена веществ. Для оливы он стал частью стратегии выживания.

Почему масло накапливается именно в мякоти?

У большинства растений, которые человек выращивает ради растительного масла, основное количество жира находится в семенах.

Это легко понять с точки зрения биологии. Семя представляет собой будущую жизнь растения. После прорастания молодому ростку ещё нечем питаться. Пока не появились листья и не начался фотосинтез, вся энергия должна поступать из запасов, накопленных заранее. Именно поэтому подсолнечник, рапс, соя и многие другие культуры складывают свои энергетические резервы рядом с зародышем.

Оливка тоже имеет семя. Оно находится внутри твёрдой косточки и также содержит собственные запасы питательных веществ. Однако почти всё масло, которое мы получаем при переработке плодов, находится не там. Оно образуется в окружающей косточку мякоти. Более девяноста пяти процентов масла зрелой оливки сосредоточено именно в этой ткани.

На первый взгляд такое решение кажется странным. Если главная задача масла — обеспечить прорастание семени, зачем растению переносить почти весь запас энергии за пределы косточки? Однозначного ответа на этот вопрос пока не существует. Но существует несколько убедительных гипотез, которые хорошо согласуются как с физиологией растения, так и с условиями Средиземноморья.

Одна из них связана с уже знакомой нам особенностью жиров. Накапливая масло в мякоти, растение получает возможность создать вокруг семени очень большой энергетический резерв без необходимости удерживать значительное количество дополнительной воды. Для дерева, переживающего сухое лето, это серьёзное преимущество.

Другая гипотеза связана уже не с самим деревом, а с животными. Незрелая оливка надёжно защищена высоким содержанием горьких фенольных веществ. Пока семя не готово к распространению, плод остаётся малопривлекательным. По мере созревания содержание этих соединений уменьшается, цвет меняется с зелёного на фиолетовый и чёрный, а мякоть становится значительно мягче.

В этот момент плод начинает выполнять совсем другую функцию. Для многих птиц и млекопитающих Средиземноморья жир представляет собой не менее ценную пищу, чем сахар. Осенью и зимой, когда энергетические потребности животных особенно высоки, маслянистые плоды становятся богатым источником калорий. Съедая плоды, животные одновременно распространяют косточки, помогая оливе расселяться на новые территории.

Возможно, именно сочетание этих факторов и определило необычную стратегию оливы. То, что сначала возникло как эффективный способ хранения энергии в засушливом климате, одновременно оказалось удобным механизмом распространения семян. Природа нередко использует одно и то же решение сразу для нескольких задач. И в этом отношении оливка — один из самых изящных примеров такой многослойной адаптации.

Что означает липогенез для человека

Когда мы говорим о жирах в повседневной жизни, мы редко используем слово «энергия». Как правило речь идёт о калорийности и это почти всегда звучит как предупреждение и ассоциируется с избыточным весом, необходимостью считать порции. Но с биологической точки зрения всё устроено гораздо сложнее.

Любая пища, которую мы едим, в конечном счёте связана с энергией солнца. Растения первыми захватывают её во время фотосинтеза и переводят в химическую форму. Животные получают эту энергию, питаясь растениями или другими животными. Человек находится в той же цепочке. Оливковое масло в этом смысле один из самых эффективных способов упаковать энергию в небольшом объёме.

Но для человека значение этого процесса в оливе состоит не только в калорийности. Благодаря тому, что именно у оливы основная часть масла накапливается в мякоти плода, возможно извлечь его почти без изменения основной химической природы.  Эта необычная «технологическая» особенность делает оливковое масло уникальным среди большинства растительных масел.

Большинство пищевых жиров проходят через гораздо более сложные стадии переработки. Семена приходится измельчать, нагревать, экстрагировать, и как правило рафинировать. В случае оливкового масла задача принципиально иная: масло нужно лишь аккуратно извлечь отделив его от растительной воды и тканей оливки.

В этом смысле качество «extra virgin» можно рассматривать как степень сохранности первоначального продукта липогенеза. Чем меньше масло успело окислиться, гидролизоваться или изменить свой состав после разрушения клеток, тем ближе оно к тому состоянию, в котором находилось внутри плода. Отчасти поэтому в названии высшего качества оливкового масла  слово «virgin».

Бутылка хорошего extra virgin — это в значительной степени действительно солнечная энергия, которая прошла длинный биологический путь и была сохранена растением в очень компактной химической форме.

Возможно, именно поэтому оливковое масло трудно воспринимать как обычный растительный жир. Каждая его капля — это результат миллионов лет эволюции и нескольких месяцев почти незаметной работы дерева, которое сумело превратить солнечный свет в одну из самых совершенных биологических систем хранения энергии, известных живой природе.