Geneticky inžinierstvo Biotech Stromy môžu byť kľúčom k záchrane amerických lesov

V porovnaní s génmi upravenými bábätkami v Číne a ambicióznymi projektmi na záchranu vlkodlakov z vyhynutia môžu biotechnologické stromy znieť dosť krotko.

Uvoľňovanie geneticky upravených stromov do lesov na boj proti ohrozeniu zdravia lesov predstavuje novú hranicu v biotechnológii. Dokonca aj keď techniky molekulárnej biológie pokročili, ľudia zatiaľ nevydali geneticky upravenú rastlinu, ktorá je určená na šírenie a pretrvávanie v neriadenom prostredí. Biotech stromy - geneticky upravené alebo génové - ponúkajú túto možnosť.

Jedno je jasné: hrozby, ktorým čelia naše lesy, sú mnohé a zdravie týchto ekosystémov sa zhoršuje. Odhad lesného hospodárstva z roku 2012 odhaduje, že do roku 2027 hrozí, že takmer sedem percent lesov na celoštátnej úrovni stratí aspoň štvrtinu ich stromovej vegetácie. Tento odhad nemusí znieť príliš znepokojivo, ale je o 40 percent vyšší ako predchádzajúci odhad. pred šiestimi rokmi.

V roku 2018, na žiadosť niekoľkých amerických federálnych agentúr a americkej nadácie pre lesníctvo a spoločenstvá, Národné akadémie vied, inžinierstva a medicíny vytvorili výbor na „preskúmanie možného využitia biotechnológie na zmiernenie ohrozenia zdravia lesných stromov“. Odborníci, vrátane mňa, spoločenského vedca zameraného na nové biotechnológie, boli požiadaní, aby „identifikovali ekologické, etické a sociálne dôsledky nasadenia biotechnológie v lesoch a vypracovali výskumný program na riešenie nedostatkov v poznatkoch“.

Členovia nášho výboru prišli z univerzít, federálnych agentúr a mimovládnych organizácií a predstavovali rôzne disciplíny: molekulárnu biológiu, ekonómiu, lesnú ekológiu, právo, šľachtenie stromov, etiku, populačnú genetiku a sociológiu. Všetky tieto perspektívy boli dôležité pre posúdenie mnohých aspektov a výziev využívania biotechnológií na zlepšenie zdravia lesov.

Kríza v amerických lesoch

Zmena klímy je len špičkou ľadovca. Lesy čelia vyšším teplotám a suchám a ďalším škodcom. Ako tovar a ľudia sa pohybujú po celom svete, ešte viac hmyzu a patogénov stopuje do našich lesov.

Zamerali sme sa na štyri prípadové štúdie na ilustráciu šírky lesných hrozieb. Smaragdový popolník pochádza z Ázie a spôsobuje vážnu úmrtnosť piatich druhov popola. Prvé zistenie na pôde USA v roku 2002 sa od mája 2018 rozšírilo na 31 štátov. Borovica bielokvostá, základný kameň a základný druh vo vysokých nadmorských výškach USA a Kanady, je napadnutý pôvodným chrobákom borovice lesnej a zavlečenej huby. Viac ako polovica borovice bielej v severných USA a Kanade zomrela.

Topoľ je dôležitý pre pobrežné ekosystémy, ako aj pre odvetvie lesných produktov. Natívny fungálny patogén, Septoria musiva, sa začala pohybovať na západ, útočiť na prirodzené populácie čiernej bavlny v Tichomorí severozápadných lesov a intenzívne pestované topoľ hybridný v Ontáriu. A nechutná gaštanová pleseň, huba náhodne zavlečená z Ázie do Severnej Ameriky koncom 19. storočia, vyhladila miliardy amerických gaštanov.

Môže biotechnológia prísť na záchranu? Malo by?

Je to komplikované

Hoci existuje mnoho potenciálnych aplikácií biotechnológie v lesoch, ako sú geneticky inžinieri hmyzí škodcovia na potlačenie ich populácií, zamerali sme sa konkrétne na biotechnologické stromy, ktoré by mohli odolávať škodcom a patogénom. Napríklad prostredníctvom genetického inžinierstva by vedci mohli vkladať gény z podobných alebo nepríbuzných druhov, ktoré pomáhajú stromu tolerovať alebo bojovať proti hmyzu alebo hubám.

Je lákavé predpokladať, že bzučanie a nadšenie pre génové úpravy zaručia rýchle, jednoduché a lacné riešenie týchto problémov. Ale výroba biotechnického stromu nebude jednoduchá. Stromy sú veľké a dlhotrvajúce, čo znamená, že výskum na testovanie trvanlivosti a stability zavedeného znaku bude drahý a bude trvať desaťročia alebo dlhšie. Taktiež nevieme takmer ani toľko o komplexných a obrovských genómoch stromov v porovnaní s obľúbenými laboratóriami, ako sú ovocné mušky a horčica, Arabidopsis.

Okrem toho, pretože stromy potrebujú prežiť v čase a prispôsobiť sa meniacim sa prostrediam, je nevyhnutné zachovať a začleniť ich existujúcu genetickú rozmanitosť do akéhokoľvek „nového“ stromu. Prostredníctvom evolučných procesov už populácie stromov majú mnoho dôležitých úprav na rôzne hrozby a ich strata by mohla byť katastrofálna. Takže aj najkrajší biotechnický strom bude v konečnom dôsledku závisieť od premysleného a zámerného šľachtiteľského programu, aby sa zabezpečilo dlhodobé prežitie. Z týchto dôvodov Národná akadémia vied, inžinierstva a medicíny odporúča zvýšiť investície nielen do výskumu biotechnológií, ale aj do chovu stromov, ekológie lesov a genetiky obyvateľstva.

Výzvy týkajúce sa dohľadu

Výbor zistil, že americký koordinovaný rámec pre reguláciu biotechnológií, ktorý distribuuje federálny dohľad nad biotechnologickými produktmi medzi agentúrami ako EPA, USDA a FDA, nie je plne pripravený zvážiť zavedenie biotechnologického stromu na zlepšenie zdravia lesov.

Pravdepodobne regulačné orgány vždy vyžadovali zadržiavanie peľu a semien počas biotechnologických pokusov, aby sa zabránilo úniku genetického materiálu. Napríklad biotechnologický gaštan nemohol kvitnúť, aby sa zabezpečilo, že transgénny peľ nebude v terénnych pokusoch fúkať cez krajinu. Ak sú však biotechnologické stromy určené na šírenie ich nových vlastností, prostredníctvom semien a peľu, na zavedenie odolnosti proti škodcom naprieč krajinou, potom budú potrebné štúdie divokej reprodukcie. Tieto nie sú v súčasnosti povolené, kým nie je biotechnický strom úplne deregulovaný.

Ďalším nedostatkom súčasného rámca je, že niektoré biotechnologické stromy nemusia vyžadovať žiadne osobitné preskúmanie. USDA, napríklad, bol požiadaný, aby zvážila loblolly borovice, ktorá bola geneticky upravená pre väčšiu hustotu dreva. Ale pretože regulačná autorita USDA pochádza z dohľadu nad rizikami škodcov rastlín, rozhodla sa, že nemá žiadny regulačný orgán nad týmto biotechnologickým stromom. Podobné otázky pretrvávajú, pokiaľ ide o organizmy, ktorých gény sú editované pomocou nových nástrojov, ako je CRISPR.

Výbor poznamenal, že nariadenia USA nepodporujú komplexné posúdenie zdravia lesov. Aj keď Národný zákon o environmentálnej politike niekedy pomáha, niektoré riziká a mnohé potenciálne prínosy sa pravdepodobne nebudú hodnotiť. Je to tak v prípade biotechnologických stromov, ako aj iných nástrojov na boj proti škodcom a patogénom, ako je napríklad pestovanie stromov, pesticídy a postupy riadenia lokality.

Ako sa meria hodnota lesa?

Správa Národnej akadémie vied, inžinierstva a medicíny navrhuje rámec pre „ekosystémové služby“ pre posudzovanie rôznych spôsobov, ktorými stromy a lesy poskytujú hodnotu ľuďom. Siahajú od ťažby lesných produktov až po využívanie lesov na rekreáciu až po ekologické služby lesa - čistenie vody, ochrana druhov a skladovanie uhlíka.

Výbor tiež uznal, že niektoré spôsoby oceňovania lesa nezapadajú do rámca ekosystémových služieb. Ak napríklad niektorí považujú lesy za „vnútornú hodnotu“, potom majú hodnotu samy o sebe, okrem toho, ako si ich ľudia cenia, a možno im dávajú istú morálnu povinnosť chrániť ich a rešpektovať ich. Problémy „divokosti“ a „prirodzenosti“ sú tiež povrchové.

Divoká príroda?

Paradoxne, biotechnický strom by mohol zvýšiť a znížiť divokosť. Ak divokosť závisí od nedostatku ľudského zásahu, potom biotechnický strom zníži divokosť lesa. Ale možno by to bol konvenčne chovaný hybridný strom, ktorý bol zámerne zavedený do ekosystému.

Čo by viac redukovalo divokosť - zavedenie biotechnologického stromu alebo eradikácia dôležitých drevín? Na tieto otázky nie sú správne ani zlé odpovede, ale pripomínajú nám zložitosť rozhodnutí používať technológiu na zlepšenie „prírody“.

Táto komplexnosť poukazuje na kľúčové odporúčanie správy Národných akadémií vied, inžinierstva a medicíny: dialóg medzi odborníkmi, zainteresovanými stranami a komunitami o tom, ako hodnotiť lesy, hodnotiť riziká a potenciálne prínosy biotechnológií a chápať komplexné reakcie verejnosti na akýkoľvek potenciál. intervencií vrátane tých, ktoré sa týkajú biotechnológie. Tieto procesy musia byť úctivé, úmyselné, transparentné a inkluzívne.

Takéto procesy, ako napríklad workshop zainteresovaných strán z roku 2018 o biotechnickom gaštane, nevymažú konflikt, ani nezaručia konsenzus, ale majú potenciál vytvoriť vhľad a porozumenie, ktoré sa dá využiť v demokratických rozhodnutiach, ktoré sú informované prostredníctvom odborných znalostí a verejných hodnôt.

Tento článok bol pôvodne publikovaný na The Conversation Jason A. Delborne. Prečítajte si pôvodný článok.