Kodėl mums reikės genetiškai modifikuoto maisto

Vėlyvojo puvimo požymiai Airijoje atsiranda staiga, bet nuspėjamai, kai tik vasaros orai tampa drėgni, o į grybelį panašių augalų patogeno sporos sklinda per atvirus žalius laukus ir nusileidžia ant šlapių bulvių augalų lapų. Šiais metais lietus pradėjo lyti rugpjūčio pradžioje. Per kelias savaites vėlyvasis maras užpuolė nedidelį bulvių sklypą tvarkingo bandomojo sodinimo tinklelio kampe Airijos žemės ūkio agentūros Teagasc būstinėje Karlo mieste.

Dabar praėjo daugiau nei mėnuo po to, kai pirmą kartą nukentėjo bulvių augalai, ir dar kelios savaitės iki derliaus nuėmimo. Didelis kaimo namas, kuriame veikia Teagasc, žiūri į lauko bandymus, o gerai apsirengę Airijos ir ES biurokratai slenka ir išeina. Didžioji dalis besidriekiančio pastato buvo pastatyta XX a. XX a. dešimtmetyje, per didžiausią badą, kilusį, kai maras nusiaubė Airijos bulvių derlių. Tokie badai jau toli praeityje, tačiau augalų liga tebėra brangi kančia šalies ūkininkams, todėl jie turi dažnai apibarstyti savo pasėlius fungicidais. Vykdydamas ES masto projektą „Amiga“, skirtą genetiškai modifikuotų (GM) augalų poveikiui tirti, Teagasc tyrėjas Ewenas Mullinsas išbando bulves, kurios yra sukurtos taip, kad būtų atsparios marui. (Žiūrėkite vaizdo įrašą apie Mullins ir GM bulves Airijoje šio puslapio apačioje arba čia.)

Ši istorija buvo mūsų 2014 m. sausio mėn. numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Vėjas vėjuotas, ir nors vasara baigėsi, vis dar šilta ir drėgna. Puikus oras marui, sako Mullinsas. Pasilenkęs prie įprastu būdu išvestų augalų, jis tvirtai atitraukia nuvytusius stiebus ir lapus, kad parodytų, jog pusiau atidengti žemėje gumbai yra randuoti juodomis dėmėmis. Tada jis nuskina žalią lapą iš vieno iš genetiškai modifikuotų augalų, kurie buvo modifikuoti Pietų Amerikoje augančių laukinių bulvių genu, atspariu marui. Bulvių augalo apsaugos priemonės atsikovojo sporas, todėl jos tapo nepavojingos. Mullinsas paprastai sako, kad gamykla veikė gerai.

Tai antrieji metai, kai planuojama atlikti trejus metus truksiančius lauko bandymus. Tačiau net jei kitų metų rezultatai bus taip pat džiuginantys, Teagasc neketina leisti ūkininkams patekti į gamyklą, kurią sukūrė Vageningeno universiteto Nyderlanduose mokslininkai. Tokie genetiškai modifikuoti augalai Europoje tebėra prieštaringi, ir tik du yra patvirtinti sodinti ES. Nors Mullinsas ir jo kolegos nori sužinoti, kaip maras paveikia genetiškai modifikuotas bulves ir ar augalai paveiks dirvožemio mikrobus, modifikuoto augalo platinimas Airijoje bent jau kol kas nėra prasmingas.

Nepaisant to, Karlovo laukai pateikia nuostabų vaizdą, kaip genetiškai modifikuoti augalai gali padėti apsaugoti pasaulio maisto tiekimą. Atsparios puvimui bulvės būtų vienas iš pirmųjų pagrindinių maisto produktų, genetiškai modifikuotų, turinčių apsaugą nuo augalų ligų, kurios kasmet sunaikina apie 15 procentų pasaulio žemės ūkio derliaus. Nepaisant intensyvaus fungicidų naudojimo, vėlyvasis pūtimas ir kitos augalų ligos sugadina maždaug penktadalį pasaulio bulvių – maisto, kuris vis dažniau auginamas Kinijoje ir Indijoje. Stiebo rūdys, grybelinė kviečių liga, išplito per didžiąją dalį Afrikos ir Arabijos pusiasalio ir dabar kelia grėsmę dideliems Vidurio ir Pietų Azijos regionams, kuriuose užauginama apie 20 procentų pasaulio kviečių. Bananai, kurie yra pagrindinis maisto šaltinis tokiose šalyse kaip Uganda, dažnai sunaikinami dėl vytulio ligos. Visais šiais atvejais genų inžinerija gali sukurti veisles, kurios daug geriau atlaiko puolimą.

GM bulvės taip pat galėtų paskatinti naujos kartos biotechnologinius maisto produktus, parduodamus tiesiogiai vartotojams. Nors transgeniniai kukurūzai, sojos pupelės ir medvilnė, dažniausiai sukurti taip, kad būtų atsparūs vabzdžiams ir herbicidams, buvo plačiai sėjami nuo dešimtojo dešimtmečio pabaigos Jungtinėse Valstijose ir kai kuriose kitose didelėse žemės ūkio šalyse, įskaitant Braziliją ir Kanadą, kukurūzai ir sojos pupelės auga. daugiausia į pašarus gyvuliams, biokurą ir kepimo aliejų. Plačiai neauginamos jokios genetiškai modifikuotos ryžių, kviečių ar bulvių veislės, nes pasipriešinimas tokiems maisto produktams atbaidė investicijas į jų vystymąsi, o sėklų įmonės nerado būdų, kaip užsidirbti iš tų kultūrų tiek, kiek uždirba iš genetiškai modifikuotų augalų. kukurūzai ir sojos pupelės.

Sausra, žalingos audros ir labai karštos dienos jau kenkia pasėlių derliui.

Tikimasi, kad iki 2050 m. pasaulio gyventojų skaičius pasieks daugiau nei devynis milijardus, tačiau netrukus pasaulis gali būti alkanas tokių veislių. Nors žemės ūkio produktyvumas per pastaruosius 50 metų labai pagerėjo, ekonomistai baiminasi, kad šie pagerėjimai pradėjo blėsti tuo metu, kai maisto paklausa, kurią skatina didesnis žmonių skaičius ir augantis turtingesnių gyventojų apetitas, turėtų padidėti nuo 70 iki 100 procentų iki amžiaus vidurio. Visų pirma, spartus ryžių ir kviečių derliaus padidėjimas, kuris padėjo išmaitinti pasaulį dešimtmečius, rodo lėtėjimo požymius, o grūdų gamyba iki 2050 m. turės padvigubėti, kad neatsiliktų. Jei tendencija tęsis, produkcijos gali nepakakti paklausai patenkinti, nebent pradėsime naudoti žymiai daugiau žemės, trąšų ir vandens.

Tikėtina, kad dėl klimato kaitos problema dar labiau pablogės, pakils temperatūra, o daugelyje regionų atsiras drėgnesnės sąlygos, dėl kurių ligų ir vabzdžių užkratas plinta į naujas sritis. Sausra, žalingos audros ir labai karštos dienos jau kenkia pasėlių derliui, todėl tikimasi, kad šylant klimatui šių įvykių dažnis smarkiai padidės. Ūkininkams klimato kaitos padarinius galima apibūdinti paprastai: orai tapo kur kas labiau nenuspėjami, o ekstremalūs orai tapo kur kas dažnesni.

Pavyzdžiui, 2011 ir 2012 m. Meksikos centrinės aukštumos išgyveno sausiausius ir drėgniausius metus, sako Matthew Reynoldsas, kviečių fiziologas iš Tarptautinio kukurūzų ir kviečių tobulinimo centro El Batane. Pasak jo, tokie skirtumai kelia nerimą ir labai kenkia žemės ūkiui. Ją veisti labai sunku. Jei jūsų klimatas yra gana stabilus, galite veisti javus su genetinėmis savybėmis, kurios atitinka tam tikrą temperatūros ir kritulių profilį. Kai tik pateksite į svyravimo būseną, daug sunkiau žinoti, į kokius bruožus reikia orientuotis.

Vienas iš genų inžinerijos privalumų, padedančių augalams prisitaikyti prie šių staigių pokyčių, yra tai, kad galima greitai sukurti naujas veisles. Pavyzdžiui, bulvių veislės sukūrimas tradiciniu veisimu užtrunka mažiausiai 15 metų; genetiškai modifikuoto pagaminti užtrunka mažiau nei šešis mėnesius. Genetinė modifikacija taip pat leidžia augalų selekcininkams atlikti tikslesnius pakeitimus ir gauti iš daug didesnės genų įvairovės, paimtų iš laukinių augalų giminaičių ar skirtingų organizmų tipų. Augalų mokslininkai atkreipia dėmesį į tai, kad į pasėlius negalima įterpti jokio stebuklingo geno, kad jis būtų atsparus sausrai arba padidėtų derlius – net atsparumui ligai paprastai reikia kelių genetinių pokyčių. Tačiau daugelis iš jų teigia, kad genų inžinerija yra universali ir būtina technika.

Tai nepaprastai logiškas dalykas, sako Jonathanas Jonesas, mokslininkas iš Sainsbury laboratorijos JK ir vienas iš pirmaujančių augalų ligų ekspertų pasaulyje. Pasak jo, būsimas spaudimas žemės ūkio gamybai [yra] tikras ir paveiks milijonus žmonių neturtingose ​​šalyse. Jis priduria, kad būtų klaidinga atmesti genetinę modifikaciją kaip įrankį.

Tai požiūris, kuriam plačiai pritaria tie, kurie atsakingi už ateities pasėlių veislių kūrimą. Esant dabartiniam žemės ūkio gamybos lygiui, pasauliui pamaitinti maisto pakanka, sako Eduardo Blumwaldas, Kalifornijos universiteto Deiviso augalų mokslininkas. Bet kai gyventojų skaičius pasiekia devynis milijardus? jis sako. Jokiu būdu, José.

Neįvykę pažadai

Pažadas, kad genetiškai modifikuoti augalai gali padėti išmaitinti pasaulį, yra bent jau toks pat senas, kaip ir pirmųjų transgeninių sėklų komercializavimas 1990-ųjų viduryje. Korporacijos, padėjusios genetiškai modifikuotus augalus paversti kelių milijardų dolerių verslu, įskaitant dideles chemijos įmones „Monsanto“, „Bayer“ ir „DuPont“, propagavo technologiją kaip gyvosios gamtos mokslų revoliucijos, kuri labai padidins maisto gamybą, dalį. Iki šiol dėl daugelio priežasčių paaiškėjo, kad tai buvo šiek tiek tuščias pažadas.

Žinoma, kai kuriose šalyse bioinžinerijos būdu sukurtos kultūros yra didžiulė komercinė sėkmė. Idėja paprasta, bet įtikinama: į kukurūzus įterpę svetimą geną, kilusį, tarkime, iš bakterijų, galite suteikti augalui savybę, kurios jis kitaip neturėtų. Apklausų duomenimis, pasaulyje auginama daugiau nei 170 milijonų hektarų tokių transgeninių kultūrų. Jungtinėse Valstijose dauguma pasodintų kukurūzų, sojų pupelių ir medvilnės buvo sukurti naudojant dirvos bakterijos geną. Bacillus thuringensis –Bt – apsaugoti nuo vabzdžių arba naudojant kitą bakterijų geną, kad atlaikytų herbicidus. Visame pasaulyje 81 procentas sojų pupelių ir 35 procentai kukurūzų yra biotechnologinės veislės. Indijoje Bt medvilnė buvo patvirtinta daugiau nei prieš dešimtmetį ir dabar sudaro 96 procentus šalyje auginamos medvilnės.

Tačiau neaišku, ar dėl transgeninių augalų auginimo padidėjo maisto gamyba, ar sumažėjo kainos vartotojams. Paimkite, pavyzdžiui, kukurūzus. Jungtinėse Valstijose 76 procentai pasėlių yra genetiškai modifikuoti, kad būtų atsparūs vabzdžiams, o 85 procentai gali toleruoti purškimą piktžolių naikintuvu. Tokie kukurūzai, be abejo, buvo palaima ūkininkams, sumažindami pesticidų naudojimą ir padidindami derlių. Tačiau mažai JAV kukurūzų produkcijos sunaudojama tiesiogiai žmonių maistui; apie 4 proc. patenka į daug fruktozės turintį kukurūzų sirupą, o 1,8 proc. – į grūdus ir kitus maisto produktus. Genetiškai modifikuoti kukurūzai ir sojos pupelės yra tokie pelningi, kad JAV ūkininkai pradėjo juos keisti kviečiais: 2012 m. buvo pasėta apie 56 mln. akrų kviečių, palyginti su 62 mln. akrų 2000 m. Sumažėjus pasiūlai, bušelio kviečių kaina pakilo iki beveik 8 USD 2012 m., nuo 2,50 USD 2000 m.

Iki šiol į trumpą transgeninių kultūrų, tiesiogiai naudojamų maistui, sąrašą įtrauktos virusams atsparios papajos, auginamos Havajuose, Bt saldieji kukurūzai, neseniai Jungtinėse Valstijose parduodami Monsanto, ir kelios moliūgų rūšys, atsparios augalų virusams. Tačiau šis sąrašas gali plėstis. Indonezijos žemės ūkio agentūra tikisi netrukus patvirtinti puvimui atsparias bulves, o JR Simplot, žemės ūkio tiekėjas Boise mieste, Aidaho valstijoje, tikisi iki 2017 m. parduoti savo versiją. 2004 m. 2009 m. nusipirko kviečių sėklų įmonę ir dabar bando dar kartą. Kornelio mokslininkai bendradarbiauja su bendradarbiais Indijoje, Bangladeše ir Filipinuose – šalyse, kuriose baklažanai yra pagrindinis dalykas, kad ūkininkams būtų prieinama vabzdžiams atspari daržovė.

Tik nedaugelis didelių kompanijų gali sau leisti GMO komercializavimo riziką ir išlaidas.

Šios bioinžinerijos būdu sukurtos kai kurių svarbiausių pasaulyje maistinių kultūrų versijos galėtų padėti išpildyti pradines viltis dėl genetiškai modifikuotų organizmų arba GMO. Tačiau jie taip pat beveik neabejotinai įkaitins diskusijas dėl technologijos. Oponentai nerimauja, kad svetimų genų įterpimas į pasėlius gali paversti maistą pavojingu arba alergizuojančiu, nors daugiau nei 15 metų patirtis naudojant transgeninius augalus neparodė jokio pavojaus sveikatai ir nėra atlikta daugybės mokslinių tyrimų. Dar labiau tikėtina, kad niekintojai teigia, kad ši technologija yra milžiniškų korporacijų, ypač Monsanto, gudrybė, siekiant parduoti daugiau herbicidų, dominuoti žemės ūkio tiekimo grandinėje ir palikti ūkininkus priklausomus nuo brangių transgeninių sėklų. Tačiau įtikinamiausia kritika gali būti paprasčiausiai ta, kad esami transgeniniai augalai mažai padėjo užtikrinti pasaulio maisto tiekimo ateitį klimato kaitos ir didėjančio gyventojų skaičiaus akivaizdoje.

Pirmosios kartos vabzdžiams ir herbicidams atsparūs augalai siūlo keletą naujų savybių, tokių kaip atsparumas sausrai ir atsparumas ligoms, kurios galėtų padėti augalams prisitaikyti prie oro sąlygų ir ligų pokyčių, pripažįsta augalų selekcinės ir genetikos profesorė Margaret Smith. Kornelio universitete. Nepaisant to, ji sako, kad nėra jokios pagrįstos priežasties atsisakyti šios technologijos, nes augalų mokslininkai lenktyniauja, kad padidintų pasėlių produktyvumą. Mokslininkai susiduria su bauginančiu veisimo iššūkiu, sako Smithas. Mums reikės antros kartos transgeninių kultūrų. Būtų klaida neįtraukti šio įrankio, nes pirmieji produktai neišsprendė didelių problemų.

Užauginti javus, kurie geriau atlaikytų klimato kaitą, nebus lengva. Tam reikės, kad augalų mokslininkai sukurtų sudėtingus bruožus, apimančius kelis genus. Patvarus atsparumas ligoms paprastai reikalauja daugybės genetinių pokyčių ir išsamių žinių apie tai, kaip patogenai atakuoja augalą. Tokios savybės kaip atsparumas sausrai ir karščiui yra dar sunkesnės, nes dėl jų gali prireikti pagrindinių augalo fiziologijos pokyčių.

Ar genų inžinerija atitinka užduotį? Niekas nežino. Tačiau pastarojo meto genominiai laimėjimai teikia vilčių. Mokslininkai nustatė pasėlių, tokių kaip ryžiai, bulvės, bananai ir kviečiai, genomus. Tuo pačiu metu molekulinės biologijos pažanga reiškia, kad genus galima ištrinti, modifikuoti ir įterpti daug tiksliau. Visų pirma, nauji genomo inžinerijos įrankiai, žinomi kaip Talens ir Crispr, leidžia genetikams redaguoti augalų DNR, keičiant chromosomas tiksliai ten, kur jie nori.

Tikslūs pakeitimai

Dirbtuvės, esančios šalia šiltnamių eilių Kornelio universiteto miestelio pakraštyje Itakoje, Niujorke, dvelkia pripūtimu ir drėgnu nuo bulvių dėžių. Tai yra mažiau nei mylia nuo universiteto molekulinės biologijos laboratorijų, bet tai, ką matote, yra medinės konvejerio juostos, vieliniai ekranai ir vandens žarnos. Walteris De Jongas rūšiuoja ir rūšiuoja nuimtas bulves, siekdamas sukurti dar geresnę veislę regiono augintojams. Dėžės pripildytos bulvių – vienos mažos ir apvalios, kitos didelės ir netinkamos formos. Paklaustas, kokios savybės svarbios vartotojams, šelmiškai nusišypso ir sako: atrodo, atrodo, atrodo.

Į klausimą, kaip jis mano apie pastangas sukurti transgenines bulves, nėra taip lengva atsakyti. Tai nereiškia, kad De Jong prieštarauja genų inžinerijai. Kaip bulvių selekcininkas, jis puikiai išmano įprastus naujų savybių įvedimo metodus, tačiau taip pat turi augalų patologijos mokslų daktaro laipsnį ir yra atlikęs daug mokslinių tyrimų molekulinės biologijos srityje; jis žino galimybes, kurias atveria pažangi genetika. JAV šiaurės rytuose bulvių įvairovė yra optimizuota maždaug 500 mylių spinduliu, atsižvelgiant į auginimo sezono trukmę ir vietovės orą. Klimato kaita reiškia, kad šios auginimo zonos keičiasi, todėl javų veisimas tampa tarsi galvosūkio, kurio gabalėliai juda, sprendimas. Padėtų genetinės modifikacijos siūlomas greitis. Tačiau, De Jong atmestinai sako, aš nesitikiu, kad naudosiu [transgeninę] technologiją. Aš negaliu to sau leisti.

GM bulvių auginimas Teagasc pradedamas nuo GM augalo, auginamo audinių kultūroje (1); jis perkeliamas į šiltnamį (2) ir galiausiai į lauko bandymus (3). Nuskinti gumbai atrodo sveiki ir neužkrėsti maro (4).

Keista situacija, sako jis. Valstybinių ir akademinių tyrimų institucijų mokslininkai atliko daug darbo, kad nustatytų genus ir suprastų, kaip jie gali paveikti augalų savybes. Tačiau ilgai trunkantys genetiškai modifikuotų pasėlių bandymai ir reguliavimo procesai bei pavojus, kad vartotojai juos atmes, reiškia, kad tik keletas didelių įmonių gali sau leisti išlaidas ir riziką, susijusią su jų auginimu, sako jis.

Tačiau De Jongas staiga tampa animuotas, kai jo paklausia apie naujausius genomo inžinerijos įrankius. To ir laukiau visą savo karjerą, – ištiesdamas rankas sako jis. Kol buvau bulvių mokslininkas, norėjau dviejų dalykų: sekvenuoto bulvių genomo ir galimybės keisti genomą savo nuožiūra. Visame miestelyje De Jong taip pat vadovauja molekulinės biologijos laboratorijai, kurioje jis nustatė DNR seką, atsakingą už raudonąjį pigmentą bulvių gumbuose. Netrukus bus galima tiksliai pakeisti tą seką bulvių ląstelėje, kuri vėliau gali būti išauginta į augalą: jei turėčiau baltą bulvę, norėčiau paraudonuoti, galėčiau tiesiog redaguoti vieną ar du nukleotidus ir gauti norimą spalvą. . De Jongas aiškina, kad augalų veisimas nėra genų maišymo menas. Iš esmės visos bulvės turi tuos pačius genus; tai, ką jie turi, yra skirtingos genų versijos – aleliai. O aleliai vienas nuo kito skiriasi keliais nukleotidais. Jei galiu redaguoti kelis nukleotidus, kam veisti dėl [savybės]? Tai ilgą laiką buvo šventasis gralis augalų genetikoje.

Viena iš problemų, susijusių su įprastiniais genų inžinerijos metodais, yra ta, kad jie nenuspėjamai prideda genų. Norimas genas įterpiamas į tikslinę ląstelę Petri lėkštelėje, naudojant augalų bakteriją arba genų ginklą, kuris fiziškai iššauna mažytę dalelę, padengtą DNR. Kai molekulės yra ląstelėje, naujas genas atsitiktinai įterpiamas į chromosomą. (Transformuota ląstelė auginama audinių kultūroje, kad taptų augalu ir galiausiai augalu.) Neįmanoma kontroliuoti, kur tik genas pridedamas; kartais tai atsiduria vietoje, kur tai gali būti veiksmingai išreikšta, o kartais – ne. Ką daryti, jei galėtumėte tiksliai nukreipti augalo chromosomos dėmes ir pridėti naujų genų tiksliai ten, kur norite, išstumti esamus arba modifikuoti genus pakeisdami keletą konkrečių nukleotidų? Naujos priemonės leidžia mokslininkams tai padaryti.

Talens, vienas iš perspektyviausių šių genomo inžinerijos įrankių, buvo įkvėptas augalus užkrečiančios bakterijos naudojamo mechanizmo. Augalų patologai nustatė baltymus, kurie leidžia bakterijai tiksliai nustatyti tikslinę augalo DNR, ir surado būdus, kaip šiuos baltymus modifikuoti taip, kad būtų atpažįstama bet kokia norima seka; tada jie suliejo šiuos baltymus su nukleazėmis, kurios pjauna DNR, sukurdamos tikslų redagavimo įrankį. Įrankiui patekti į augalo ląstelę naudojama augalų bakterija arba genų pistoletas; patekę į vidų, baltymai patenka į nulį konkrečioje DNR sekoje. Baltymai pristato nukleazes į tikslią chromosomos vietą, kur suskaido augalo DNR. Sugedusios chromosomos taisymas leidžia įterpti naujus genus arba atlikti kitokias modifikacijas. Crispr, dar naujesnė technologijos versija, naudoja RNR, kad pašalintų tikslinius genus. Su Talens ir Crispr molekuliniai biologai gali modifikuoti net kelis nukleotidus arba įterpti ir ištrinti geną tiksliai ten, kur jie nori, chromosomoje, todėl pokytis yra daug labiau nuspėjamas ir efektyvesnis.

Viena iš naujų priemonių pasekmių yra ta, kad augalai gali būti genetiškai modifikuoti nepridedant svetimų genų. Nors dar per anksti pasakyti, ar tai pakeis viešas diskusijas dėl GMO, reguliavimo agentūros – bent jau JAV – nurodo, kad pasėlių, modifikuotų be svetimų genų, nereikės taip nuodugniai tikrinti kaip transgeninių kultūrų. Tai galėtų labai sutrumpinti laiką ir išlaidas, kurių reikia norint parduoti naujas genetiškai modifikuotų maisto produktų rūšis. Ir gali būti, kad biotechnologijų kritikai galėtų padaryti panašų skirtumą, toleruodami genetiškai modifikuotus augalus, kol jie nėra transgeniniai.

Danas Voytas, Minesotos universiteto genomo inžinerijos centro direktorius ir vienas iš Talenso išradėjų, sako, kad viena pagrindinių jo motyvų yra poreikis iki amžiaus vidurio pamaitinti dar du milijardus žmonių. Vykdydamas vieną ambicingiausių savo pastangų, kurios centras yra Tarptautiniame ryžių tyrimų institute Los Banjos mieste, Filipinuose, jis bendradarbiauja su pasauliniu tyrėjų tinklu, kad perrašytų ryžių fiziologiją. Ryžiai ir kviečiai, kaip ir kiti grūdai, turi tai, ką botanikai vadina C3 fotosinteze, o ne sudėtingesne C4 versija, kurią turi kukurūzai ir cukranendrės. C4 fotosintezės versija kur kas efektyviau naudoja vandenį ir anglies dioksidą. Jei projektas bus sėkmingas, regionuose, kurie dėl klimato kaitos tampa vis karštesni ir sausesni, gali padidėti ir ryžių, ir kviečių derlius.

Pagrindinės gamyklos veiklos perrašymas nėra nereikšminga užduotis. Tačiau Voytas sako, kad „Talens“ gali būti vertinga priemonė – tiek nustatant genetinius kelius, kurie gali būti pakoreguoti, tiek norint atlikti daugybę būtinų genetinių pokyčių.

Voytas sako, kad spaudimas padėti išmaitinti augančią populiaciją tuo metu, kai dėl klimato kaitos žemės ūkiui tampa vis mažiau naudos, yra augalų biologų našta. Bet jis optimistas. Jis pabrėžia, kad per pastaruosius 50 metų pasėlių produktyvumas nuolat augo, pirmiausia dėl hibridinių sėklų naudojimo, vėliau dėl naujų augalų veislių, įvestų per vadinamąją žaliąją revoliuciją, ir net su pirmaisiais genetiškai modifikuotais augalais. . Pasak jo, naujų genomo inžinerijos įrankių įdiegimas bus dar vienas posūkio taškas.

Jei jis teisus, tai gali būti pačiu laiku.

Karščio banga

Agronomams, augalų selekcininkams ir ūkininkams viskas priklauso nuo derliaus – derliaus užauginamo kiekio iš hektaro. Nuo XX amžiaus vidurio prasidėjęs didžiulis derliaus padidėjimas yra pagrindinė priežastis, kodėl turime pakankamai maisto, kad pamaitintume tris milijardus žmonių 1960 m. iki septynių milijardų žmonių 2011 m., tik šiek tiek padidėjus dirbamos žemės kiekiui. . Turbūt labiausiai žinoma, kad Žalioji revoliucija, kuriai vadovavo Ajovoje gimęs augalų patologas ir genetikas Normanas Borlaugas, daugelyje pasaulio šalių gerokai padidino kviečių, kukurūzų ir ryžių derlių. Tai iš dalies padarė įvesdama produktyvesnių augalų veislių, pradedant Meksikoje, o vėliau Pakistane, Indijoje ir kitose šalyse. Tačiau atrodo, kad bent jau pastarąjį dešimtmetį kviečių ir ryžių derliaus didėjimas sulėtėjo. Pavyzdžiui, kviečių derlius kasmet auga maždaug 1 procentu; jos kasmet turi padidėti beveik 2 procentais, kad ilgainiui neatsiliktų nuo maisto paklausos. Žemės ūkio ekspertai perspėja, kad kitų kultūrų derlius turės gerėti, jei norime išmaitinti sparčiai augančią populiaciją, tačiau dėl kylančios temperatūros ir kitų pasaulinės klimato kaitos padarinių tai bus sunkiau pasiekti.

Davidas Lobellas, Stanfordo universiteto aplinkosaugos žemės sistemos mokslo profesorius, elgiasi ramiai, o tai paneigia jo niūrią žinią apie tai, kaip visuotinis atšilimas jau veikia pasėlius. Klimato kaitos poveikis žemės ūkiui buvo plačiai diskutuojamas, tačiau neseniai Lobellas ir jo bendradarbiai patikslino prognozes, peržiūrėdami istorinius orų ir žemės ūkio gamybos įrašus. Jie nustatė, kad 1980–2008 m. klimato kaita sumažino kviečių ir kukurūzų derlių; derlius per tą laiką vis dar didėjo, tačiau bendra gamyba buvo 2–3 procentais mažesnė nei būtų buvusi, jei ne visuotinis atšilimas. Tai galiojo daugelyje regionų, kuriuose auginami kukurūzai ir kviečiai.

Išvada stebina, nes leidžia manyti, kad visuotinis atšilimas jau padarė didelę įtaką maisto gamybai ir, stiprėjant klimato kaitai, turės dar didesnį poveikį. Viskas, kas sukelia derliaus [augimo] išlyginimą, kelia susirūpinimą, sako Lobell. Ir nors bendras kviečių ir kukurūzų derlius vis dar didėja, jis sako, kad klimato kaita kelia susirūpinimą dar anksčiau, nei pastebite neigiamas derliaus tendencijas.

Dar labiau nerimą kelia tai, kad Lobellas ir jo bendradarbis Wolframas Schlenkeris, ekonomistas iš Kolumbijos universiteto, rado įrodymų, kad kai kurių svarbių kultūrų atveju neigiamas visuotinio atšilimo poveikis yra labiau susijęs su itin karštų dienų skaičiumi, o ne su augimu. esant vidutinei temperatūrai per sezoną. Jei tai tiesa, ankstesni tyrimai galėjo labai neįvertinti klimato kaitos poveikio, žiūrėdami tik į vidutinę temperatūrą.

Schlenkerio skaičiavimai rodo, kad kukurūzų ir sojų pupelių derlius nuolat didėja, kai temperatūra pakyla nuo 10 °C iki 20-ies, tačiau esant maždaug 29 °C kukurūzams ir 30 °C sojų pupelėms, pasėliai nukenčia sunkiai, o derlius smarkiai sumažėja. Tolesniame darbe Lobellas parodė, kad karštos dienos šiaurės Indijoje padarė daug daugiau žalos kviečiams, nei manyta anksčiau.

Jei norime išmaitinti sparčiai augančią populiaciją, žemės ūkio derlius turės gerėti.

Stebinanti ir nerimą kelianti tyrimo detalė, pasak Schlenkerio, yra ta, kad pasėliai ir ūkininkai, atrodo, neprisitaikė prie dažnesnių karštų dienų. Labiausiai mane nustebino ir, anot jo, turėtume informuoti apie tai, kad žemės ūkio selekcijoje padaryta didžiulė pažanga – vidutinis derlingumas nuo šeštojo dešimtmečio išaugo daugiau nei tris kartus –, tačiau, pažvelgus į jautrumą dideliam karščiui, atrodo, kad būti toks pat blogas, koks buvo šeštajame dešimtmetyje. Turime turėti pasėlių, kurie geriau susidorotų su karštu klimatu. Pasak jo, per karščio bangą, kuri 2012 m. užklupo didžiąją dalį Jungtinių Valstijų, kukurūzų derlius sumažėjo 20 procentų, o 2012-ieji nėra tokie neįprasti metai, palyginti su tuo, ką klimato modeliai prognozuoja gana greitai.

Gali būti, kad augalai tiesiog užblokuoti esant aukštesnei nei 30 °C temperatūrai. Iš tiesų, Schlenkeris sako, kad nėra įsitikinęs, kad pasėliai gali būti pritaikyti prie dažnesnių karštų dienų, nors tikisi, kad klysta. Be to, Lobellas nori, kad jo darbas geriau apibrėžtų, kurie klimato kaitos aspektai kenkia pasėliams ir taip padėtų nukreipti reikiamus genetinius pokyčius. Tačiau, kaip ir Schlenkeris, jis nėra tikras, ar genetika gali pateikti daug atsakymo.

Kalifornijos centriniame slėnyje, vienoje produktyviausių pasaulio žemės ūkio vietovių, UC Davis's Blumwald pripažįsta, kad mokslininkai niekada nesivadovavo tokiomis įtampomis kaip sausra ir karštis. Tačiau jis siekia tai pakeisti. Įterpdamas į ryžius ir kitus augalus karščiui, sausrai ir dideliam dirvožemio druskingumui atsparių genų derinį, Blumwald kuria pasėlius, kurie turi bent tam tikrų pranašumų esant ekstremalioms oro sąlygoms, ypač svarbiausiu augimo ciklo laikotarpiu.

Iššūkis yra nesumažinti derliaus esant geroms augimo sąlygoms. Taigi Blumwaldas nustatė baltymą, kuris aktyvuoja įterptus genus tik nepalankiomis sąlygomis. Nėra vaistų nuo sausros. Jei nėra vandens, augalas miršta. Aš nesu magas, sako jis. Tiesiog norime kuo ilgiau atidėti atsaką į stresą, kad išlaikytume derlių, kol ateis vanduo.

Kasdieninė duona

Į šiaurę nuo Londono esantis laukas, esantis Rothamsted Research, kuris save vadina ilgiausiai pasaulyje veikiančia žemės ūkio tyrimų stotimi (įkurta 1843 m.), yra vienas iš Europos nuolatinės kovos dėl genetiškai modifikuotų maisto produktų židinių. Ginčai čia kyla dėl 80 x 80 metrų kviečių lauko, kai kurie iš jų yra genetiškai modifikuoti, kad gamintų hormoną, kuris atbaido amarus – įprastą vabzdžių kenkėją. 2012 m. protestuotojas užlipo ant žemos tvoros ir išbarstė įprastų kviečių sėklas tarp genetiškai modifikuotų augalų, bandydamas sabotuoti teismą. Rothamstedo mokslininkai išsiurbė sėklas, pasamdė kelis papildomus apsaugos darbuotojus ir pastatė antrą trijų metrų aukščio tvorą su lenkta iškyša, kad ji nebūtų pleiskanojanti. Vėliau keli šimtai protestuotojų susikibę rankomis nužygiavo iki aptverto lauko krašto, kol juos sustabdė policija.

Rothamsted šurmulys yra tik viena užuomina, kad kitas didelis GMO ginčas gali būti susijęs su transgeniniais kviečiais. Galų gale, kviečiai yra plačiausiai pasaulyje sėjami augalai, kurie sudaro 21 procentą visame pasaulyje suvartojamų kalorijų. Kišimasis į grūdus, iš kurių kasdien gaminama daugybė milijonų žmonių visame pasaulyje, būtų ypač įžeista daugeliui genetiškai modifikuotų maisto produktų priešininkų. Be to, kviečiai yra prekiniai grūdai, parduodami pasaulio rinkose, todėl GM kviečių patvirtinimas pirmaujančioje eksportuojančioje šalyje greičiausiai atsilieps maisto rinkoms visur.

Kviečiai taip pat simbolizuoja kovas, su kuriomis susiduria žemės ūkis, nes jie bando neatsilikti nuo augančio gyventojų skaičiaus ir besikeičiančio klimato. Ne tik derliaus augimas pradėjo lėtėti, bet ir kviečiai yra ypač jautrūs kylančiai temperatūrai ir auginami daugelyje regionų, pavyzdžiui, Australijoje, kur yra didelės sausros. Be to, kviečiai yra pažeidžiami vienos baisiausių augalų ligų pasaulyje: stiebo rūdžių, keliančių grėsmę derlingam Pakistano ir šiaurės Indijos plotui, žinomam kaip Indo-Gangetinė lyguma. Įprasti veisimo būdai padarė didelę pažangą sprendžiant šias problemas, todėl išauginamos veislės, kurios vis labiau atsparios sausrai ir ligoms. Tačiau biotechnologijos turi pranašumų, kurių nereikėtų ignoruoti.

Klimato kaita nekeičia [augalų selekcininkų iššūkio], bet daro jį daug skubesniu, sako Walteris Falconas, Stanfordo maisto saugos ir aplinkos centro direktoriaus pavaduotojas. Falconas buvo vienas iš Žaliosios revoliucijos pėstininkų, dirbęs Pakistano kviečių auginimo regionuose ir Meksikos Yaqui slėnyje. Tačiau jis sako, kad nuo 1970 iki 1995 m. pasiektas didžiulis produktyvumo padidėjimas iš esmės pasireiškė, ir jis nerimauja dėl to, ar technologijų intensyvus ūkininkavimas tuose regionuose gali būti tvarus. Jis sako, kad Yaqui slėnis išlieka labai produktyvus – pastaruoju metu išaugintas septynių tonų kviečių iš hektaro derlius pribloškia jūsų mintis, tačiau intensyvus trąšų ir vandens naudojimas stumia dabartinės praktikos ribas. Taip pat Falconas sako nerimaujantis dėl to, kaip klimato kaita paveiks žemės ūkį Indo-Gangetikos lygumoje, kurioje gyvena beveik milijardas žmonių.

Paklaustas, ar transgeninės technologijos išspręs kurią nors iš šių problemų, jis atsako, kad nesulaikau kvapo, remdamasis ir mokslinėmis priežastimis, ir prieštaravimu GM pasėliams. Tačiau jis tikisi, kad per ateinantį dešimtmetį genetinių technologijų pažanga bus sukurta siekiant sukurti tokias kviečių veisles, kurios būtų geriau atsparios kenkėjams, aukštesnei temperatūrai ir sausrai.

Visai įmanoma, kad pirmasis ir dramatiškiausias pažanga bus pritaikyta pasėliams prie besikeičiančių ligų modelių. Ir, kaip sako Teagasco Ewen Mullins, jei norite ištirti augalų ligas, atvykite į Airiją.

Už šimto kilometrų nuo idiliškų Karlovo laukų Fiona Doohan, Dublino universiteto koledžo augalų patologė, kuria kviečių veisles, kurios atlaiko vietines ligas ir bando suprasti, kaip augalų patogenai gali išsivystyti keičiantis klimatui. Mokyklos žemės ūkio eksperimentų stotyje ji naudoja auginimo kameras, kuriose galima reguliuoti anglies dioksido koncentraciją taip, kad ji atitiktų didesnį lygį, kurio tikimasi 2050 m. Eksperimentai pateikė nemalonų staigmeną. Kai kviečiai ir dažniausiai juos kamuojantys patogenai patalpinami į kamerą su padidėjusiu anglies dioksido kiekiu, augalas išlieka atsparus grybeliui. Tačiau kai abu yra auginami atskirai per kelias kartas 2050 m. sąlygomis, o paskui dedami kartu, Doohanas sako, kad augalai nukrenta. Tai grėsmingai rodo, kad augalų patogenai gali daug geriau ir greičiau nei kviečiai prisitaikyti prie padidėjusio anglies dioksido kiekio.

Šalia pastato yra obelų sodas su visoje Airijoje auginamų medžių atstovais, tarp jų ir šimtmečius sodintų paveldimų veislių. Doohan meiliai žiūri į juos eidama pro šalį, žemę dengia nukritę obuoliai. Tolimiausiame sodo gale yra eilė šiltnamių, tarp jų ir nedidelis, kuriame tiriami genetiškai modifikuoti augalai. Viduje yra ypač perspektyvūs transgeniniai kviečiai, kurie pasirodė atsparūs Airijoje paplitusioms šašų ligoms. Naujasis genas taip pat padidina augalo grūdų produkciją, sako Doohan, kuri su kolegomis sukūrė veislę. Ji akivaizdžiai džiaugiasi rezultatais. Tačiau ji greitai priduria, kad neketinama išbandyti GM kviečių Airijoje ar kur nors kitur Europoje. Bent jau kol kas perspektyvioji kviečių veislė pasmerkta likti šiltnamyje.

paslėpti