Что такое 2,4-Д? Секретный шифр, пароль? Полагаю, даже просвещенный читатель не ответит на этот вопрос, а меж тем почти каждый агроном или фермер на любом континенте Земли расшифрует эту комбинацию.
Итак, 2,4-Д — это химическое соединение, открытое более 70 лет назад, которое по сию пору является основным компонентом множества современных гербицидов. Гербициды — это специальные химические препараты, предназначенные для борьбы с давними врагами землепашцев — сорняками. Новый послевсходовый гербицид на основе 2,4-Д позволял фермерам справляться с широколистными сорными растениями в зерновых культурах, не причиняя вреда последним. Открытие 2,4-Д стало однозначной победой науки над голодом, бедностью и тяжелым ручным трудом, послужило толчком к развитию как сельскохозяйственного производства, так и мировой химической промышленности. О том, как случилось это революционное открытие, я с удовольствием расскажу…
Эта история началась в 1940 году в США, в городе Вестпорт штата Коннектикут, в скромной лаборатории семейной химической компании «Си Би Долдж», в которой 24-летний химик Роберт Покорни занимался созданием новых веществ. Роберт Покорни, уроженец Нью-Йорка, окончивший университет четыре года назад, получил степень бакалавра в области химии, после чего устроился в небольшую химическую компанию в соседнем штате. Интересы компании «Си Би Долдж», в которой работал Роберт, были довольно обширными: продажа гербицидов, борьба с насекомыми, производство моющих средств, химия для строительного бизнеса, средства гигиены и прочее, прочее. Видимо, основатели «Си Би Долдж», создав фирму в разгар Великой депрессии, уяснили, что не стоит класть все яйца в одну корзину. Не менее широкими были интересы и самого Роберта: он увлекался живописью, игрой на скрипке и иностранными языками, однако главной страстью в его жизни была химия. Итак, в лаборатории «Си Би Долдж» из множества доступных химических веществ Роберт создавал новые соединения, область применения которых еще предстояло отыскать. Талант исследователя, удача и упорство сделали свое дело: Роберт Покорни в ходе опытов получил два новых, неизвестных ранее соединения, одним из которых была 2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота, или, проще, 2,4-Д.
Летом 1941 года воодушевленный успехом Роберт публикует короткую заметку в журнале Американского химического общества, в которой описал химический синтез 2,4-Д. Впоследствии Роберт станет почетным членом этого уважаемого научного сообщества, а описанный им метод получения 2,4-Д по сей день служит основой для промышленного синтеза. Однако публикация сведений о новых соединениях была только половиной дела, ведь даже сам первооткрыватель не догадывался о свойствах и назначении открытых им соединений.
А между тем в научном сообществе интерес к новинкам нарастал, в 1942 году соединения, полученные Р. Покорни, классифицируют и относят к гормоноподобным веществам, тогда же появляются упоминания о 2,4-Д как о регуляторе роста растений. Все чаще в научной периодике тех лет встречаются статьи о положительном влиянии 2,4-Д на корни обработанных растений. Химический гигант «Дюпон Де Немур» патентует 2,4-Д в качестве регулятора роста. Казалось бы, область применения нового соединения найдена и теперь фермеры США смогут самостоятельно ускорять рост и развитие своих растений, раньше получать плоды и семена. Перспективы казались невероятными, и не только для сельского хозяйства. Примечательно, что во многих отраслях американской промышленности в это время происходит настоящий бум открытий, в то же время за океаном Европа полыхала в пожаре Второй мировой войны.
В условиях совершенной секретности под наблюдением военных команда британских химиков из «Империал Кемикал Индастриз» (Ай-си-ай) исследует новые области применения гормоноподобных соединений. Группе химиков удается синтезировать 2,4-Д и еще одно соединение из этого класса — 2М-4Х. Руководит исследованиями Уильям Гладстон Темплман, которому, как и Роберту Покорни, посчастливилось стать первооткрывателем.
Уильям Гладстон Темплман после окончания колледжа стал магистром, а затем кандидатом наук по ботанике и физиологии растений, в 1933 году в возрасте 22 лет устроился в Ай-си-ай. Молодому исследователю была поставлена задача при помощи химии ускорить рост культурных растений, тем самым помочь британским земледельцам. В ходе своих исследований У. Темплман заметил, что если некоторые вещества, применяющиеся для стимуляции роста, использовать в повышенных количествах, то они становятся смертельно опасными для многих видов широколистных растений, таких как василек, ромашка, одуванчик и многие другие известные читателю полевые сорные растения, при этом зерновые переносят такую обработку без потерь для урожая.
Спустя несколько месяцев Темплман с командой химиков опытным путем получили подтверждение, что 2,4-Д и 2М-4Х чрезвычайно эффективные селективные гербициды против двудольных сорняков. Поделиться с мировой научной общественностью открытием и опубликовать результаты Уильям с коллегами не смогли, так как британское правительство сразу же засекретило все материалы и патент. Стоит отметить, что позже в знак признания работы Темплмана наградили и произвели в офицеры Британской империи.
С чем же связано это свойство 2,4-Д, замеченное Темплманом, — убивать широколистные растения и не повреждать злаковые? Дело в том, что злаковые культурные растения, на которых применялся 2,4-Д, имеют отличное от двудольных сорняков анатомическое строение. Во-первых, различна форма листьев и их положение относительно стебля. У злаков листья узкие, длинные и гладкие, направлены вверх — капля раствора гербицида, попадая на такую поверхность, не задерживаясь, скатывается вниз, не причиняя вреда растению. У двудольных растений листья широкие, нередко опушенные, капля раствора надежно удерживается ни них.
Есть и другое важное отличие: у злаков точка роста надежно защищена, она находится в узле кущения, внутри растения, тогда как у двудольных, наоборот, точка роста — самая чувствительная часть — находится на верхушке стебля и при обработке полностью открыта для ядовитого гербицида.
Впрочем, не только этими анатомическими различиями обусловлена устойчивость культурных однодольных растений к гербициду. Исследователи выяснили, что невосприимчивость злаков объясняется их защитной реакцией к 2,4-Д. Попадая в растение, гербицид связывается белками клеток и таким образом обеззараживается. Затем без негативных последствий яд выводится из организма растения. У двудольных, широколистных растений этот процесс происходит иначе: 2,4-Д без препятствий проникает внутрь, нарушает жизненный цикл, растения развиваются в неуправляемом режиме, ткани деформируются, после чего погибают. По такому принципу работают многие гормоноподобные гербициды.
Но вернемся к нашей истории, ведь она еще далеко не окончена. Итак, наступила весна 1945 года, весь мир праздновал окончание войны, сугубо военные разработки стали применяться в гражданских целях, а химические предприятия постепенно переводить производство на мирные рельсы. Не осталась без внимания и 2,4-Д кислота: в США за коммерциализацию нового гербицида на основе перспективного соединения взялось несколько корпораций, в том числе «Америкэн Кемикал Пэйнт Ко» и «Дау Кемикал». В 1946 году на рынке пестицидов появляются препараты под понятными каждому фермеру названиями Weed Killer (дословно в переводе — «убийца сорняков») и Weedone — что можно перевести как «решенный вопрос с сорняком». Гербициды на основе 2,4-Д быстро набирали популярность среди фермеров США, на многих акрах от Северной Дакоты до Техаса с успехом применялись эти «киллеры». Организация производства в промышленных масштабах препарата позволила обеспечить американских фермеров большим количеством нового гербицида. Только за первый год продаж компания «Дау Кемикал» увеличила объемы производства 2,4-Д без малого в 20 раз! И это не случайность, ведь новый «чудо-гербицид» обладал хорошим проникающим действием, после обработки передвигался в корни многолетних трудноискоренимых сорных растений и уничтожал даже вьюнок полевой. Препарат был невероятно эффективен против большой группы сорняков и при этом не повреждал культуру. Как сообщали рекламные проспекты тех лет, новый препарат быстро и надежно уничтожал сорняки, был безопасен для человека, не смывался дождем, не вызывал коррозию опрыскивающей техники и как минимум вполовину снижал затраты на борьбу с ненавистными сорняками по сравнению с ручной прополкой.
Довольно быстро популярный гербицид стал известен и за пределами США. Его начали активно применять и в Европе, освобождая от сорняков все новые и новые территории. В одной только Великобритании новый гербицид перед выходом на рынок испытывался в 111 точках и везде показал отличные результаты.
Годовое производство 2,4-Д в 1950 году составило около шести тысяч тонн, в 1960-м — 22,5 тысячи тонн, в настоящее время мировое производство 2,4-Д составляет более 250 тысяч тонн.
В современном сельскохозяйственном производстве препараты на основе 2,4-Д применяются для защиты от сорняков на зерновых культурах, сорго, кукурузе, рисе, сахарном тростнике, кормовых и газонных злаковых травах. Только в России зарегистрировано более 50 наименований гербицидов, в состав которых входит 2,4-Д. Ежегодные площади обработок превышают 20 миллионов гектаров, а это примерно четверть от всех посевных площадей нашей страны.
Впрочем, история победоносного шествия гербицидов на основе 2,4-Д, давших старт «зеленой революции», имеет и свои темные пятна…
Говорят, на войне все средства хороши, а уж боевые — гербициды, способные с легкостью уничтожить урожай противника, казались просто незаменимыми, тем более примеров применения химии для уничтожения продовольствия на вражеских территориях в истории предостаточно. Возьмем хотя бы соль: растворы соли и других минеральных веществ были известны земледельцам в качестве гербицидов еще в эпоху античных цивилизаций. В Римской империи широко использовалась соль для борьбы с сорняками на полях зерновых культур. Более двух тысячелетий назад Плиний Старший в своей «Естественной истории» описывает «полив злаков особой водой, уничтожающей сорные травы». То же средство, но уже в военных целях применили римляне после захвата ненавистного Карфагена в 146 г. до н. э., обильно посыпав солью прекрасные сады и парки, чтобы в будущем в этих местах не выросло ни травинки. Кроме того, римляне запретили под страхом смертной казни селиться кому-либо на территории бывшей городской земли — такой была месть победителей некогда могущественному противнику.
Но вернемся к 2,4-Д. В самый разгар Второй мировой войны в лабораториях Великобритании и США проводились исследования по возможности уничтожения картофельных полей на территории нацистской Германии с помощью нового соединения. Предполагалось, что все растения после такой обработки погибнут, а население и солдаты останутся без пропитания. Впрочем, от идеи отказались, так как бомбардировка городов была эффективнее, да и немецкая наука могла бы ответить симметрично, и тогда бы пострадало сельское хозяйство стран антигитлеровской коалиции.
Несмотря на то что идею применения 2,4-Д как «уничтожителя» урожая в свое время отвергли по техническим, политическим и моральным причинам, власти США вспомнили о ней позже, в период войны во Вьетнаме, когда гербицид распылялся над тропическими лесами для уничтожения растительности. Бои в джунглях сильно затрудняли продвижение армии Соединенных Штатов, а вьетнамские снайперы искусно использовали природные укрытия и непроходимые заросли региона. В августе 1961 года президент Кеннеди санкционировал применение химикатов для уничтожения растительности в Южном Вьетнаме, а через шесть месяцев с аэродрома Таншоннят взлетели три самолета ВВС США, несущие на борту почти 14 тонн боевого гербицида Agent Orange, — так началась операция Ranch Hand. В состав Agent Orange входил знакомый нам 2,4-Д, только норма его расхода в 10 раз превышала стандартные полевые. Результаты по уничтожению зеленой растительности оказались великолепными. Около 50 тыс. тонн препарата в бочках с оранжевой полосой на боку срочно перебросили в войска. Известно, что из-за спешки 2,4-Д для Agent Orange синтезировался по упрощенной технологии и содержал большое количество диоксинов, которые вызывали рак и генетические мутации у соприкасавшихся с ними людей. Из-за воздействия диоксинов пострадало значительное число как вьетнамцев, так и американских солдат, работавших с препаратом.
После трагической истории с диоксином химические компании пересмотрели требования к производству 2,4-Д, и гербицид вновь стал завоевывать страны и континенты как безопасное и надежное средство для сельскохозяйственного производства.