Kāpēc mums būs nepieciešama ģenētiski modificēta pārtika

Vēlīnās puves pazīmes Īrijā parādās pēkšņi, bet paredzami, tiklīdz vasaras laikapstākļi kļūst mitri, sēnēm līdzīgā augu patogēna sporām plūstot pa atklātajiem zaļajiem laukiem un nolaižoties uz kartupeļu augu mitrajām lapām. Šogad lietus sāka līt augusta sākumā. Dažu nedēļu laikā Īrijas lauksaimniecības aģentūras Teagasc galvenajā mītnē Kārlovā vēlīnā puve bija uzbrukusi nelielam kartupeļu gabalam, kas atradās glītā testa stādījumu režģa stūrī.

Tagad ir pagājis vairāk nekā mēnesis pēc tam, kad kartupeļu stādi tika pirmo reizi sasisti, un vēl dažas nedēļas pirms ražas novākšanas. No lielas lauku mājas, kurā atrodas Teagasc darbības, paveras skats uz lauka izmēģinājumiem, un labi ģērbušies Īrijas un ES birokrāti steidzas iekšā un ārā. Liela daļa plašās ēkas tika uzcelta 19. gs. gados, vislielākā bada laikā, kas izraisīja puvi, kas izpostīja Īrijas kartupeļu ražu. Šāds bads ir tālu pagātnē, bet augu slimības joprojām ir dārgas mokas valsts lauksaimniekiem, liekot viņiem bieži apliet ražu ar fungicīdiem. ES mēroga projekta Amiga ietvaros, lai pētītu ģenētiski modificētu (ĢM) augu ietekmi, Teagasc pētnieks Jūens Mulinss pārbauda kartupeļus, kas ir izstrādāti tā, lai tie izturētu puvi. (Skatieties video par Mullins un ĢM kartupeļiem Īrijā šīs lapas apakšā vai šeit.)

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2014. gada janvāra numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Ir vējains, un, lai gan vasara ir beigusies, tas joprojām ir silts un mitrs. Ideāls laiks puvi, saka Mullins. Noliecies pāri tradicionāli audzētajiem augiem, viņš stingri atvelk nokaltušos stublājus un lapas, lai parādītu, ka bumbuļi, kas ir pa pusei atsegti zemē, ir rētas ar melniem plankumiem. Pēc tam viņš nolasa zaļu lapu no viena no ģenētiski modificētiem augiem, kas ir modificēti ar pret puvi izturīgu gēnu no savvaļas kartupeļiem, kas aug Dienvidamerikā. Kartupeļu auga aizsardzības līdzekļi ir apkarojuši sporas, padarot tās nekaitīgas. Rūpnīca, vienkārši saka Mullins, ir darbojusies labi.

Šis ir otrais gads no plānotajiem trīs gadus ilgajiem lauka izmēģinājumiem. Bet pat tad, ja nākamā gada rezultāti ir līdzīgi iepriecinoši, Teagasc nedomā dot lauksaimniekiem piekļuvi rūpnīcai, ko izstrādājuši pētnieki Vāgeningenas universitātē Nīderlandē. Šādas ģenētiski modificētas kultūras Eiropā joprojām ir pretrunīgas, un tikai divas ir apstiprinātas stādīšanai ES. Lai gan Mullins un viņa kolēģi vēlas uzzināt, kā puve ietekmē ģenētiski modificētos kartupeļus un vai augi ietekmēs augsnes mikrobus, modificētā auga izplatīšana Īrijā vismaz pagaidām ir neveiksmīga.

Tomēr Kārlovas lauki sniedz aizraujošu priekšstatu par to, kā ģenētiski modificētas kultūras varētu palīdzēt aizsargāt pasaules pārtikas piegādi. Kartupeļi, kas ir izturīgi pret puvi, būtu viens no pirmajiem galvenajiem pārtikas produktiem, kas ģenētiski izstrādāti, lai iekļautu aizsardzību pret augu slimībām, kas katru gadu iznīcina aptuveni 15 procentus no pasaules lauksaimniecības ražas. Neskatoties uz intensīvo fungicīdu lietošanu, vēlīnā puve un citas augu slimības iznīcina aptuveni piekto daļu pasaules kartupeļu, kas ir pārtikas produkts, ko arvien vairāk audzē Ķīnā un Indijā. Stumbra rūsa, kviešu sēnīšu slimība, ir izplatījusies lielā daļā Āfrikas un Arābijas pussalas un tagad apdraud Vidusāzijas un Dienvidāzijas plašos augošos reģionus, kas saražo aptuveni 20 procentus no pasaules kviešu. Banānus, kas ir galvenais pārtikas avots tādās valstīs kā Uganda, bieži iznīcina vīšanas slimība. Visos šajos gadījumos gēnu inženierija var radīt šķirnes, kas daudz labāk spēj izturēt uzbrukumu.

ĢM kartupeļi varētu arī novest pie jaunas paaudzes biotehnoloģiju pārtikas, ko pārdod tieši patērētājiem. Lai gan transgēnā kukurūza, sojas pupas un kokvilna, kas galvenokārt izstrādāta, lai izturētu kukaiņus un herbicīdus, kopš 90. gadu beigām ir plaši stādītas Amerikas Savienotajās Valstīs un dažās citās lielās lauksaimniecības valstīs, tostarp Brazīlijā un Kanādā, kukurūza un sojas pupiņas tiek audzētas. galvenokārt dzīvnieku barībā, biodegvielā un cepamajās eļļās. Nevienas ģenētiski modificētas rīsu, kviešu vai kartupeļu šķirnes netiek plaši audzētas, jo pretestība šādai pārtikai ir atturējusi investīcijas to izstrādē un sēklu uzņēmumi nav atraduši veidus, kā ar ģenētiski modificētām kultūrām nopelnīt tādus ienākumus. kukurūza un sojas pupiņas.

Sausums, postošas ​​vētras un ļoti karstas dienas jau ietekmē ražu.

Tā kā paredzams, ka līdz 2050. gadam pasaules iedzīvotāju skaits sasniegs vairāk nekā deviņus miljardus, pasaule drīz varētu būt izsalkusi pēc šādām šķirnēm. Lai gan lauksaimniecības produktivitāte pēdējo 50 gadu laikā ir dramatiski uzlabojusies, ekonomisti bažījas, ka šie uzlabojumi ir sākuši mazināties laikā, kad ir sagaidāms, ka pieprasījums pēc pārtikas, ko nosaka lielāks cilvēku skaits un bagātāko iedzīvotāju augošā apetīte, pieaugs no 70 līdz 100 procenti līdz gadsimta vidum. Konkrēti, straujais rīsu un kviešu ražas pieaugums, kas palīdzēja barot pasauli gadu desmitiem, liecina par palēninājuma pazīmēm, un līdz 2050. gadam labības ražošanai būs vairāk nekā divas reizes, lai neatpaliktu. Ja tendence turpināsies, ražošanas apjoms var būt nepietiekams, lai apmierinātu pieprasījumu, ja vien mēs nesāksim izmantot ievērojami vairāk zemes, mēslojuma un ūdens.

Klimata pārmaiņas, visticamāk, pasliktinās problēmu, paaugstinot temperatūru un daudzos reģionos mitrākus apstākļus, kas izplata slimību un kukaiņu invāzijas jaunās teritorijās. Sausums, postošās vētras un ļoti karstās dienas jau tagad ietekmē ražu, un sagaidāms, ka šo notikumu biežums strauji palielināsies, klimatam sasilstot. Lauksaimniekiem klimata pārmaiņu sekas var izteikt vienkārši: laikapstākļi ir kļuvuši daudz neparedzamāki, un ekstrēmi laikapstākļi ir kļuvuši daudz izplatītāki.

Piemēram, Meksikas centrālās augstienes piedzīvoja sausākos un mitrākos gadus 2011. un 2012. gadā, saka Metjū Reinoldss, kviešu fiziologs no Starptautiskā kukurūzas un kviešu uzlabošanas centra El Batanā. Viņš saka, ka šādas atšķirības ir satraucošas un ļoti kaitīgas lauksaimniecībai. Ir ārkārtīgi grūti to audzēt. Ja jums ir salīdzinoši stabils klimats, varat audzēt kultūras ar ģenētiskām īpašībām, kas atbilst noteiktam temperatūras un nokrišņu daudzumam. Tiklīdz jūs nonākat mainīgā stāvoklī, ir daudz grūtāk zināt, uz kurām iezīmēm mērķēt.

Viena no gēnu inženierijas izmantošanas priekšrocībām, lai palīdzētu kultūraugiem pielāgoties šīm pēkšņajām izmaiņām, ir tā, ka var ātri izveidot jaunas šķirnes. Piemēram, kartupeļu šķirnes izveidošana, izmantojot parasto audzēšanu, prasa vismaz 15 gadus; ģenētiski modificēta ražošana aizņem mazāk nekā sešus mēnešus. Ģenētiskā modifikācija arī ļauj augu selekcionāriem veikt precīzākas izmaiņas un iegūt no daudz lielāka gēnu daudzveidības, kas iegūti no augu savvaļas radiniekiem vai dažāda veida organismiem. Augu zinātnieki rūpīgi ņem vērā, ka ražā nevar ievietot maģisku gēnu, lai padarītu to izturīgu pret sausumu vai palielinātu ražu — pat izturībai pret slimību parasti ir nepieciešamas vairākas ģenētiskas izmaiņas. Bet daudzi no viņiem saka, ka gēnu inženierija ir daudzpusīga un būtiska tehnika.

Tā ir ārkārtīgi loģiska lieta, saka Džonatans Džonss, zinātnieks Sainsberijas laboratorijā Apvienotajā Karalistē un viens no pasaulē vadošajiem augu slimību ekspertiem. Viņš saka, ka gaidāmais spiediens uz lauksaimniecisko ražošanu [ir] reāls un ietekmēs miljoniem cilvēku nabadzīgajās valstīs. Viņš piebilst, ka būtu perversi atraidīt, izmantojot ģenētisko modifikāciju kā līdzekli.

Tas ir viedoklis, ko plaši atbalsta tie, kas ir atbildīgi par rītdienas kultūraugu šķirņu izstrādi. Pašreizējā lauksaimnieciskās ražošanas līmenī ir pietiekami daudz pārtikas, lai pabarotu pasauli, saka Eduardo Blumvalds, augu zinātnieks no Kalifornijas universitātes Deivisā. Bet kad iedzīvotāju skaits sasniedz deviņus miljardus? viņš saka. Nekādā gadījumā, Hosē.

Neizdevušies solījumi

Solījums, ka ģenētiski modificētas kultūras varētu palīdzēt pabarot pasauli, ir vismaz tikpat sens kā pirmo transgēno sēklu komercializācija 90. gadu vidū. Korporācijas, kas palīdzēja ģenētiski modificētas kultūras pārvērst vairāku miljardu dolāru biznesā, tostarp lielie ķīmijas uzņēmumi Monsanto, Bayer un DuPont, popularizēja tehnoloģiju kā daļu no dzīvības zinātnes revolūcijas, kas ievērojami palielinātu pārtikas ražošanu. Līdz šim tas vairāku iemeslu dēļ ir bijis nedaudz tukšs solījums.

Protams, dažās valstīs bioinženierijas kultūraugi ir milzīgi komerciāli panākumi. Ideja ir vienkārša, bet pārliecinoša: ievietojot kukurūzā svešu gēnu, kas iegūts, piemēram, no baktērijām, jūs varat piešķirt augam īpašību, kas tam citādi nepiemītos. Aptaujas liecina, ka visā pasaulē audzē vairāk nekā 170 miljonus hektāru šādu transgēnu kultūru. Amerikas Savienotajās Valstīs lielākā daļa stādīto kukurūzas, sojas pupu un kokvilnas ir konstruētas ar augsnes baktērijas gēnu. Bacillus thuringensis —Bt — lai atvairītu kukaiņus vai ar citu baktēriju gēnu, lai izturētu pret herbicīdiem. Visā pasaulē 81 procents no sojas pupiņām un 35 procenti no audzētās kukurūzas ir biotehnoloģijas šķirnes. Indijā Bt kokvilna tika apstiprināta pirms vairāk nekā desmit gadiem, un tagad tā veido 96 procentus no valstī audzētās kokvilnas.

Tomēr nav skaidrs, vai šis transgēno kultūru uzplaukums ir izraisījis pārtikas ražošanas palielināšanos vai cenu pazemināšanos patērētājiem. Ņemiet, piemēram, kukurūzu. Amerikas Savienotajās Valstīs 76 procenti ražas ir ģenētiski modificēti, lai izturētu pret kukaiņiem, un 85 procenti var paciest, ka tos apsmidzina ar nezāļu iznīcinātāju. Šāda kukurūza neapšaubāmi ir bijusi labums lauksaimniekiem, samazinot pesticīdu lietošanu un palielinot ražu. Taču maz no ASV kukurūzas produkcijas tiek izmantota tieši cilvēku pārtikai; apmēram 4 procenti tiek izmantoti kukurūzas sīrupā ar augstu fruktozes saturu un 1,8 procenti graudaugiem un citiem pārtikas produktiem. Ģenētiski modificēta kukurūza un sojas pupas ir tik ienesīgas, ka ASV lauksaimnieki ir sākuši ar tām aizstāt kviešus: 2012. gadā tika iesēti aptuveni 56 miljoni akru kviešu, salīdzinot ar 62 miljoniem 2000. gadā. Piedāvājumam samazinoties, kviešu bušeļa cena pieauga līdz gandrīz 8 USD 2012. gadā, no 2,50 USD 2000. gadā.

Līdz šim īsajā pārtikā izmantoto transgēno kultūru sarakstā ir iekļauta pret vīrusiem izturīga papaija, kas audzēta Havaju salās, Bt cukurkukurūza, ko ASV nesen komercializēja uzņēmums Monsanto, un dažas skvoša šķirnes, kas ir izturīgas pret augu vīrusiem. Tomēr šis saraksts varētu pieaugt. Indonēzijas lauksaimniecības aģentūra plāno drīzumā apstiprināt pret puvi izturīgus kartupeļus, un JR Simplot, lauksaimniecības piegādātājs, kas atrodas Boizā, Aidaho, cer komercializēt savu versiju līdz 2017. gadam. Monsanto, kas atteicās no mēģinājuma izstrādāt ĢM kviešus 2004. gadā, 2009. gadā iegādājās kviešu sēklu uzņēmumu un tagad mēģina vēlreiz. Un Kornela pētnieki sadarbojas ar līdzstrādniekiem Indijā, Bangladešā un Filipīnās, valstīs, kur baklažāni ir galvenais, lai lauksaimniekiem būtu pieejams pret kukaiņiem izturīgs dārzeņu veids.

Tikai daži lieli uzņēmumi var atļauties risku un izdevumus, kas saistīti ar ĢMO komercializāciju.

Šīs dažu pasaulē svarīgāko pārtikas kultūru bioinženierijas versijas varētu palīdzēt piepildīt sākotnējās cerības attiecībā uz ģenētiski modificētiem organismiem jeb ĢMO. Bet tie gandrīz noteikti arī uzkarsēs debates par tehnoloģiju. Pretinieki uztraucas, ka svešu gēnu ievietošana kultūrās var padarīt pārtiku bīstamu vai alerģisku, lai gan vairāk nekā 15 gadu pieredze ar transgēnām kultūrām nav atklājusi nekādu apdraudējumu veselībai, un arī nav veikti vairāki zinātniski pētījumi. Vēl ticamāk, ka nelabvēļi liek domāt, ka tehnoloģija ir milzu korporāciju, jo īpaši Monsanto, viltība, lai iztirgotu vairāk herbicīdu, dominētu lauksaimniecības piegādes ķēdē un atstātu lauksaimniekus atkarīgus no dārgām transgēnām sēklām. Tomēr pārliecinošākā kritika var būt vienkārši tāda, ka esošās transgēnās kultūras ir maz darījušas, lai garantētu pasaules pārtikas piegādes nākotni, ņemot vērā klimata pārmaiņas un pieaugošo iedzīvotāju skaitu.

Pirmās paaudzes pret kukaiņiem un herbicīdiem izturīgās kultūras piedāvā dažas jaunas pazīmes, piemēram, sausuma toleranci un izturību pret slimībām, kas varētu palīdzēt augiem pielāgoties laikapstākļu un slimību modeļu izmaiņām, atzīst augu selekcijas un ģenētikas profesore Mārgareta Smita. Kornela Universitātē. Tomēr viņa saka, ka nav pamatota iemesla atteikties no šīs tehnoloģijas, jo augu zinātnieki sacenšas, lai palielinātu ražas ražību. Zinātnieki saskaras ar biedējošu audzēšanas izaicinājumu, saka Smits. Mums būs vajadzīgas otrās paaudzes transgēnās kultūras. Būtu kļūda izslēgt šo rīku, jo pirmie produkti neatrisināja lielas problēmas.

Nebūs viegli attīstīt kultūras, kas spēj labāk izturēt klimata pārmaiņas. Tas prasīs augu zinātniekiem izstrādāt sarežģītas iezīmes, kas ietver vairākus gēnus. Izturīgai slimību rezistencei parasti ir nepieciešamas vairākas ģenētiskas izmaiņas un detalizētas zināšanas par to, kā patogēni uzbrūk augam. Tādas īpašības kā tolerance pret sausumu un karstumu ir vēl grūtākas, jo tām var būt nepieciešamas pamata izmaiņas auga fizioloģijā.

Vai gēnu inženierija atbilst uzdevumam? Neviens nezin. Taču nesenie genoma sasniegumi ir iepriecinoši. Zinātnieki ir sekvencējuši tādu kultūraugu genomus kā rīsi, kartupeļi, banāni un kvieši. Tajā pašā laikā molekulārās bioloģijas sasniegumi nozīmē, ka gēnus var dzēst, modificēt un ievietot daudz precīzāk. Jo īpaši jaunie genoma inženierijas rīki, kas pazīstami kā Talens un Crispr, ļauj ģenētiķiem rediģēt augu DNS, mainot hromosomas tieši tur, kur viņi vēlas.

Precīzi labojumi

Darbnīcā, kas atrodas blakus siltumnīcu rindām Kornela universitātes pilsētiņas malā Itakā, Ņujorkā, no kartupeļu kastēm smaržo slapjš un mitrs. Tas atrodas mazāk nekā jūdzes attālumā no universitātes molekulārās bioloģijas laboratorijām, taču jūs redzat koka konveijera lentes, stiepļu sietus un ūdens šļūtenes. Valters De Džons šķiro un nosaka pēc lieluma novāktos kartupeļus vairāku gadu garumā, lai radītu vēl labāku šķirni reģiona audzētājiem. Kastes ir piepildītas ar kartupeļiem — dažas mazas un apaļas, citas lielas un neformālas. Jautāts, kādas īpašības ir svarīgas patērētājiem, viņš viltīgi pasmaida un saka: Izskatās, izskatās, izskatās.

Uz jautājumu par to, kā viņš jūtas par centieniem izstrādāt transgēnus kartupeļus, nav tik viegli atbildēt. Nav tā, ka De Jong iebilst pret gēnu inženieriju. Kā kartupeļu selekcionārs viņš labi pārzina tradicionālās metodes jaunu īpašību ieviešanai, taču viņam ir arī doktora grāds augu patoloģijā un viņš ir veicis ievērojamus pētījumus molekulārajā bioloģijā; viņš zina iespējas, ko paver progresīvā ģenētika. Amerikas Savienoto Valstu ziemeļaustrumos dažādi kartupeļi ir optimizēti aptuveni 500 jūdžu rādiusā, ņemot vērā augšanas sezonas ilgumu un laikapstākļu veidu šajā apgabalā. Klimata pārmaiņas nozīmē, ka šīs augšanas zonas mainās, padarot kultūraugu audzēšanu līdzīgu mīklas atrisināšanai, kurā gabali pārvietojas. Ģenētiskās modifikācijas piedāvātais ātrums palīdzētu. Bet, De Jong noraidoši saka, es nedomāju, ka izmantošu [transgēno] tehnoloģiju. Es to nevaru atļauties.

ĢM kartupeļu audzēšana Teagasc sākas ar ĢM stādu, kas audzēts audu kultūrā (1); to pārvieto uz siltumnīcu (2) un galu galā uz lauka izmēģinājumiem (3). Novāktie bumbuļi izskatās veseli un bez pūtītes (4).

Tā ir dīvaina situācija, viņš saka. Zinātnieki valsts un akadēmiskajās pētniecības iestādēs ir veikuši lielu darbu, lai identificētu gēnus un saprastu, kā tie var ietekmēt augu īpašības. Taču ilgstošie ģenētiski modificēto kultūraugu testēšanas un regulēšanas procesi, kā arī draudi, ka patērētāji tās noraidīs, nozīmē, ka tikai daži lieli uzņēmumi var atļauties izdevumus un risku, kas saistīti ar to audzēšanu, viņš saka.

Bet De Jong pēkšņi kļūst animēts, kad viņam tiek jautāts par jaunākajiem genoma inženierijas rīkiem. Tas ir tas, ko es gaidīju visu savu karjeru, viņš saka, paceļot rokas. Kamēr esmu bijis kartupeļu zinātnieks, esmu vēlējies divas lietas: secīgu kartupeļu genomu un spēju modificēt genomu pēc vēlēšanās. Visā universitātes pilsētiņā De Jong vada arī molekulārās bioloģijas laboratoriju, kurā viņš ir identificējis DNS secību, kas ir atbildīga par sarkano pigmentu kartupeļu bumbuļos. Drīzumā varētu būt iespējams precīzi mainīt šo secību kartupeļu šūnā, ko pēc tam var izaudzēt par augu: ja man būtu balts kartupelis, es vēlētos kļūt sarkans, es varētu rediģēt vienu vai divus nukleotīdus un iegūt vēlamo krāsu. . Augu audzēšana nav gēnu jaukšanas māksla, skaidro De Jongs. Būtībā visiem kartupeļiem ir vienādi gēni; viņiem ir dažādas gēnu versijas — alēles. Un alēles atšķiras viena no otras ar dažiem nukleotīdiem. Ja es varu rediģēt dažus nukleotīdus, kāpēc audzēt [pazīmi]? Tas ir bijis svētais grāls augu ģenētikā ilgu laiku.

Viena no tradicionālajām gēnu inženierijas metodēm ir tā, ka tās neparedzami pievieno gēnus. Vēlamais gēns tiek ievietots mērķa šūnā Petri trauciņā, izmantojot augu baktēriju vai gēnu lielgabalu, kas fiziski izšauj sīku daļiņu, kas pārklāta ar DNS. Kad molekulas atrodas šūnā, jaunais gēns tiek nejauši ievietots hromosomā. (Transformētā šūna tiek audzēta audu kultūrā, lai tā kļūtu par stādu un galu galā par augu.) Nav iespējams kontrolēt tikai to, kur tiek pievienots gēns; dažreiz tas nonāk vietā, kur to var efektīvi izteikt, un dažreiz tas nenotiek. Ko darīt, ja jūs varētu precīzi mērķēt uz plankumiem auga hromosomā un pievienot jaunus gēnus tieši tur, kur tos vēlaties, izsist esošos vai modificēt gēnus, pārslēdzot dažus konkrētus nukleotīdus? Jaunie rīki ļauj zinātniekiem to izdarīt.

Talens, viens no daudzsološākajiem no šiem genoma inženierijas rīkiem, tika iedvesmots no mehānisma, ko izmanto baktērija, kas inficē augus. Augu patologi identificēja olbaltumvielas, kas ļauj baktērijai precīzi noteikt mērķa augu DNS, un atrada veidus, kā pārveidot šīs olbaltumvielas, lai atpazītu jebkuru vēlamo secību; tad viņi sapludināja šos proteīnus ar nukleāzēm, kas sagriež DNS, izveidojot precīzu rediģēšanas rīku. Lai rīks nokļūtu augu šūnā, tiek izmantota augu baktērija vai gēnu lielgabals; Kad olbaltumvielas atrodas iekšā, tās nosaka nulli noteiktā DNS secībā. Olbaltumvielas nogādā nukleāzes precīzā vietā hromosomā, kur tās sašķeļ auga DNS. Salauztas hromosomas labošana ļauj ievietot jaunus gēnus vai veikt cita veida modifikācijas. Crispr, vēl jaunāka tehnoloģijas versija, izmanto RNS, lai nulles mērķgēnus. Izmantojot gan Talens, gan Crispr, molekulārie biologi var modificēt pat dažus nukleotīdus vai ievietot un dzēst gēnu tieši vajadzīgajā vietā hromosomā, padarot izmaiņas daudz paredzamākas un efektīvākas.

Viena no jauno rīku sekām ir tāda, ka augus var ģenētiski modificēt, nepievienojot svešus gēnus. Lai gan ir pāragri spriest, vai tas mainīs publiskās debates par ĢMO, regulatīvās aģentūras — vismaz ASV — norāda, ka bez svešiem gēniem modificētās kultūras nebūs tik rūpīgi jāpārbauda kā transgēnās kultūras. Tas varētu ievērojami samazināt laiku un izdevumus, kas nepieciešami jaunu ģenētiski modificētu pārtikas šķirņu komercializācijai. Un iespējams, ka biotehnoloģijas kritiķi varētu izdarīt līdzīgu atšķirību, pieļaujot ģenētiski modificētas kultūras, ja vien tās nav transgēnas.

Dens Voitass, Minesotas Universitātes genoma inženierijas centra direktors un viens no Talensa izgudrotājiem, saka, ka viena no viņa galvenajām motivācijām ir nepieciešamība līdz gadsimta vidum pabarot vēl divus miljardus cilvēku. Vienā no saviem vērienīgākajiem centieniem, kura centrs ir Starptautiskais rīsu pētniecības institūts Losbanosā, Filipīnās, viņš sadarbojas ar vispasaules pētnieku tīklu, lai pārrakstītu rīsu fizioloģiju. Rīsiem un kviešiem, tāpat kā citiem graudiem, ir tas, ko botāniķi sauc par C3 fotosintēzi, nevis sarežģītākā C4 versija, kāda ir kukurūzai un cukurniedrēm. Fotosintēzes C4 versija daudz efektīvāk izmanto ūdeni un oglekļa dioksīdu. Ja projekts būs veiksmīgs, reģionos, kas klimata pārmaiņu rezultātā kļūst arvien karstāki un sausāki, varētu palielināt gan rīsu, gan kviešu ražu.

Rūpnīcas darbības pamatprincipu pārrakstīšana nav mazsvarīgs uzdevums. Bet Voytas saka, ka Talens varētu būt vērtīgs instruments, lai identificētu ģenētiskos ceļus, kurus varētu pielāgot, un veiktu daudzas nepieciešamās ģenētiskās izmaiņas.

Spiediens palīdzēt pabarot pieaugošo iedzīvotāju skaitu laikā, kad klimata pārmaiņas padara zemi mazāk mazāku lauksaimniecībai, ir augu biologu slogs, saka Voytas. Bet viņš ir optimistisks. Viņš norāda, ka pēdējo 50 gadu laikā kultūraugu produktivitāte ir atkārtoti palielinājusies, vispirms pateicoties hibrīdu sēklu izmantošanai, pēc tam ar jaunajām augu šķirnēm, kas tika ieviestas tā dēvētās zaļās revolūcijas laikā, un pat ar pirmajiem ĢM augiem. . Viņš saka, ka jauno genoma inženierijas rīku ieviešana būs vēl viens novirzes punkts.

Ja viņam ir taisnība, tas varētu būt tieši laikā.

Karstuma vilnis

Agronomiem, augu audzētājiem un lauksaimniekiem viss ir atkarīgs no ražas — daudzuma, ko raža saražo uz hektāra. Ievērojamais ražas pieaugums, kas sākās 20. gadsimta vidū, ir galvenais iemesls, kāpēc mums ir pietiekami daudz pārtikas, lai no trīs miljardu cilvēku pabarošanas 1960. gadā pabarotu septiņus miljardus 2011. gadā, tikai nedaudz palielinoties apstrādājamās zemes apjomam. . Iespējams, visslavenākā ir zaļā revolūcija, ko vadīja Aiovas štatā dzimušais augu patologs un ģenētiķis Normans Borlaugs, kas daudzviet pasaulē ievērojami palielināja kviešu, kukurūzas un rīsu ražu. Daļēji tas tika darīts, ieviešot produktīvākas kultūraugu šķirnes, sākot no Meksikas un pēc tam Pakistānā, Indijā un citās valstīs. Taču šķiet, ka vismaz pēdējo desmit gadu laikā kviešu un rīsu ražas pieaugums ir palēninājies. Piemēram, kviešu raža katru gadu pieaug par aptuveni 1 procentu; tiem katru gadu jāpalielina gandrīz par 2 procentiem, lai ilgtermiņā neatpaliktu no pārtikas pieprasījuma. Lauksaimniecības eksperti brīdina, ka ražībai būs jāuzlabo arī citām kultūrām, ja mēs vēlamies pabarot strauji augošo iedzīvotāju skaitu, taču temperatūras paaugstināšanās un citas globālo klimata pārmaiņu sekas padarīs to grūtāk sasniedzamu.

Stenfordas universitātes vides zemes sistēmu zinātnes profesoram Deividam Lobelam ir mierīga izturēšanās, kas atspēko viņa drūmo vēstījumu par to, kā globālā sasilšana jau ietekmē labību. Klimata pārmaiņu ietekme uz lauksaimniecību ir plaši apspriesta, taču nesen Lobels un viņa līdzstrādnieki ir precizējuši prognozes, izpētot vēsturiskos laikapstākļu un lauksaimnieciskās ražošanas ierakstus. Viņi atklāja, ka no 1980. līdz 2008. gadam klimata pārmaiņas samazināja kviešu un kukurūzas ražu; raža šajā laikā joprojām pieauga, bet kopējā produkcija bija par 2 līdz 3 procentiem mazāka nekā tā būtu bijusi, ja ne globālā sasilšana. Tas ir spēkā lielākajā daļā reģionu, kur audzē kukurūzu un kviešus.

Atklājums ir pārsteidzošs, jo liek domāt, ka globālā sasilšana jau ir būtiski ietekmējusi pārtikas ražošanu un radīs vēl lielākas izmaiņas, pastiprinoties klimata pārmaiņām. Jebkas, kas izraisa ražas [augšanas] izlīdzināšanos, rada bažas, saka Lobels. Un, lai gan kopējā kviešu un kukurūzas raža joprojām pieaug, viņš saka, klimata pārmaiņas kļūst par bažām ilgi pirms negatīvas ražas tendences.

Vēl satraucošāk ir tas, ka Lobels un viņa līdzstrādnieks Volframs Šlenkers, Kolumbijas universitātes ekonomists, ir atraduši pierādījumus tam, ka vairāku svarīgu kultūru gadījumā globālās sasilšanas negatīvā ietekme ir vairāk saistīta ar ārkārtīgi karsto dienu skaitu, nevis pieaugumu. gada vidējā temperatūrā. Ja tā ir taisnība, agrākos pētījumos klimata pārmaiņu ietekme varētu būt ļoti zemu novērtēta, aplūkojot tikai vidējo temperatūru.

Šlenkera aprēķini liecina, ka kukurūzas un sojas pupiņu raža nepārtraukti pieaug, temperatūrai paaugstinoties no 10 °C līdz 20. gadiem, taču aptuveni 29 °C kukurūzai un 30 °C sojas pupiņām raža tiek smagi ietekmēta un raža krasi samazinās. Turpmākajā darbā Lobels parādīja, ka karstās dienas nodara daudz lielāku kaitējumu kviešiem Indijas ziemeļos, nekā tika uzskatīts iepriekš.

Lauksaimniecības ražībai būs jāuzlabo, ja mēs vēlamies pabarot strauji augošo iedzīvotāju skaitu.

Šlenkers saka, ka pārsteidzoša un satraucoša pētījuma detaļa ir tāda, ka kultūraugi un lauksaimnieki, šķiet, nav pielāgojušies karsto dienu pieaugošajam biežumam. Viņš saka, ka mani visvairāk pārsteidza un mums vajadzētu informēt par to, ka lauksaimnieciskajā selekcijā ir panākts milzīgs progress — kopš pagājušā gadsimta piecdesmitajiem gadiem vidējā raža ir pieaugusi vairāk nekā trīs reizes, taču, ja paskatās uz jutīgumu pret ārkārtēju karstumu, šķiet, ka būt tikpat slikti, kā tas bija 1950. gados. Mums ir vajadzīgas kultūras, kas labāk izturas pret karstu klimatu. Viņš saka, ka karstuma viļņa laikā, kas 2012. gadā skāra lielu daļu ASV, kukurūzas raža samazinājās par 20 procentiem, un 2012. gads nav nekas neparasts, salīdzinot ar to, ko klimata modeļi prognozē, ka diezgan drīz būs jauns normāls.

Iespējams, ka augi ir vienkārši savienoti, lai izslēgtu temperatūru virs 30 °C. Patiešām, Šlenkers saka, ka nav pārliecināts, ka kultūraugus var konstruēt tā, lai tie pielāgotos biežākajām karstajām dienām, lai gan viņš cer, ka kļūdās. Tāpat Lobels vēlas, lai viņa darbs labāk noteiktu, kuri klimata pārmaiņu aspekti kaitē kultūraugiem, un tādējādi palīdzētu mērķēt uz nepieciešamajām ģenētiskajām izmaiņām. Bet, tāpat kā Šlenkers, viņš nav pārliecināts, vai ģenētika var sniegt lielu atbildi.

Kalifornijas Centrālajā ielejā, vienā no pasaules produktīvākajām lauksaimniecības teritorijām, UC Davis's Blumwald atzīst, ka zinātnieki nekad nav audzējuši tādu stresu kā sausums un karstums. Bet viņa mērķis ir to mainīt. Ievietojot rīsos un citos augos gēnu kombināciju, kas nodrošina toleranci pret karstumu, sausumu un augstu augsnes sāļumu, Blumwald rada kultūras, kurām ir vismaz dažas priekšrocības ekstremālos laikapstākļos, jo īpaši augšanas cikla galvenajos laikos.

Izaicinājums ir izvairīties no ražas samazināšanās labos augšanas apstākļos. Tātad Blumvalds ir identificējis proteīnu, kas aktivizē ievietotos gēnus tikai nelabvēlīgos apstākļos. Pret sausumu nav zāļu. Ja nav ūdens, augs nomirst. Es neesmu burvis, viņš saka. Mēs tikai vēlamies pēc iespējas ilgāk aizkavēt stresa reakciju, lai saglabātu ražu līdz ūdens nākšanai.

Ikdienas maize

Lauks tieši uz ziemeļiem no Londonas, kas atrodas Rothamsted Research, kas sevi dēvē par pasaulē visilgāk strādājošo lauksaimniecības pētniecības staciju (dibināta 1843. gadā), ir viens no centrālajiem punktiem Eiropas nepārtrauktajā cīņā par ģenētiski modificētu pārtiku. Šeit strīds ir par 80 x 80 metru lielu kviešu lauku, un daži no tiem ir ģenētiski modificēti, lai ražotu hormonu, kas atbaida laputis, izplatītu kukaiņu kaitēkli. 2012. gadā protestētājs uzkāpa zemā žogā un izkaisīja parastās kviešu sēklas starp ĢM augiem, cenšoties sabotēt tiesas procesu. Rothamstedas zinātnieki lika izsūknēt sēklas, nolīga vairākus papildu apsardzes darbiniekus un uzbūvēja otru žogu, šo trīs metrus augstu un ar izliektu pārkari, lai novērstu to noplūšanu. Vēlāk daži simti protestētāju sadevušies rokās devās uz nožogotā lauka malu, pirms viņus apturēja policija.

Satraukums Rothamstedā ir tikai viens mājiens, ka nākamajā lielajā ĢMO strīdā varētu būt iesaistīti transgēnie kvieši. Galu galā kvieši ir pasaulē visplašāk stādītā kultūra, kas veido 21 procentu no pasaulē patērētajām kalorijām. Jaukšanās ar graudiem, kas gatavo ikdienas maizi neskaitāmiem miljoniem cilvēku visā pasaulē, būtu īpaši aizvainojoši daudziem ģenētiski modificētas pārtikas pretiniekiem. Turklāt kvieši ir preču graudi, ko pārdod pasaules tirgos, tāpēc ĢM kviešu apstiprināšana vadošajā eksportētājvalstī, visticamāk, ietekmētu pārtikas tirgus visur.

Kvieši ir arī simbols cīņām, ar kurām saskaras lauksaimniecība, cenšoties sekot līdzi pieaugošajam iedzīvotāju skaitam un mainīgajam klimatam. Ne tikai ražas pieaugums ir sācis palēnināties, bet arī kvieši ir īpaši jutīgi pret temperatūras paaugstināšanos un tiek audzēti daudzos reģionos, piemēram, Austrālijā, kur ir nosliece uz smagu sausumu. Turklāt kvieši ir neaizsargāti pret vienu no pasaulē baisākajām augu slimībām: stublāju rūsu, kas apdraud auglīgo Pakistānas un Indijas ziemeļu daļu, kas pazīstama kā Indogangetikas līdzenums. Tradicionālās audzēšanas metodes ir guvušas ievērojamu progresu cīņā pret šīm problēmām, ražojot šķirnes, kas ir arvien izturīgākas pret sausumu un izturīgākas pret slimībām. Taču biotehnoloģija piedāvā priekšrocības, kuras nevajadzētu ignorēt.

Klimata pārmaiņas nemaina [augu selekcionāru izaicinājumu], taču padara to daudz steidzamāku, saka Valters Falkons, Stenfordas Pārtikas drošības un vides centra direktora vietnieks. Falkons bija viens no Zaļās revolūcijas pēdējiem, strādājot Pakistānas kviešu audzēšanas reģionos un Meksikas Jaki ielejā. Taču viņš saka, ka ievērojamais produktivitātes pieaugums, kas sasniegts laikā no 1970. līdz 1995. gadam, lielā mērā ir noticis, un viņš uztraucas par to, vai šajos reģionos var saglabāt tehnoloģiski intensīvo lauksaimniecību. Viņš saka, ka Jaki ieleja joprojām ir ļoti produktīva — nesenās ražas septiņas tonnas kviešu no hektāra satriec jūsu prātu, taču intensīvā mēslojuma un ūdens izmantošana pārkāpj pašreizējās prakses robežas. Tāpat Falkons saka, ka ir noraizējies par to, kā klimata pārmaiņas ietekmēs lauksaimniecību Indogangetikas līdzenumā, kurā dzīvo gandrīz miljards cilvēku.

Uz jautājumu, vai transgēnās tehnoloģijas atrisinās kādu no šīm problēmām, viņš atbild: es neaizturu elpu, minot gan zinātniskus iemeslus, gan pretestību ĢM kultūrām. Taču viņš sagaida progresu ģenētiskajās tehnoloģijās nākamajā desmitgadē, lai radītu kviešu šķirnes, kas ir labāk aprīkotas, lai izturētu kaitēkļus, augstāku temperatūru un sausumu.

Pilnīgi iespējams, ka pirmais un dramatiskākais sasniegums būs kultūraugu pielāgošanā mainīgajiem slimību modeļiem. Un, kā saka Teagaska mākslinieks Jūens Mulinss, ja vēlaties pētīt augu slimības, dodieties uz Īriju.

Simt kilometru attālumā no idilliskajiem Kārlovas laukiem Fiona Doohan, Dublinas Universitātes koledžas augu patoloģe, attīsta kviešu šķirnes, kas iztur vietējās slimības, un cenšas saprast, kā augu patogēni var attīstīties līdz ar klimata pārmaiņām. Skolas lauksaimniecības eksperimentu stacijā viņa izmanto audzēšanas kameras, kurās var pielāgot oglekļa dioksīda koncentrāciju, lai atdarinātu 2050. gadā gaidāmo augstāko līmeni. Eksperimenti ir radījuši nepatīkamu pārsteigumu. Ja kviešus un patogēnus, kas tos parasti skar, ievieto kamerā ar paaugstinātu oglekļa dioksīda līmeni, augs paliek izturīgs pret sēnīti. Bet, kad abus audzē atsevišķi vairākas paaudzes 2050. gada apstākļos un pēc tam ievieto kopā, Dūhans saka, augi sabrūk. Tas draudīgi liek domāt, ka augu patogēni varētu daudz labāk un ātrāk pielāgoties palielinātajam oglekļa dioksīdam nekā kvieši.

Blakus ēkai atrodas ābeļdārzs ar visā Īrijā audzētu koku pārstāvjiem, tostarp mantojuma šķirnēm, kas stādītas gadsimtiem ilgi. Dūena mīļi skatās uz viņiem, ejot garām, zemi klājot kritušiem āboliem. Augļu dārza tālākajā galā ir siltumnīcu rinda, tostarp neliela, kurā tiek pārbaudīti ģenētiski modificētie augi. Iekšā ir īpaši daudzsološi transgēni kvieši, kas ir izrādījušies izturīgi pret Īrijā izplatītajām kraupja slimībām. Jaunais gēns arī palielina auga graudu produkciju, saka Doohan, kura radīja šķirni kopā ar saviem kolēģiem. Viņa nepārprotami priecājas par rezultātiem. Taču viņa ātri piebilst, ka nav plānots pārbaudīt ĢM kviešus uz lauka Īrijā vai jebkur citur Eiropā. Vismaz pagaidām daudzsološajai kviešu šķirnei ir lemts palikt siltumnīcā.

paslēpties