Genetiškai inžineriniai biotechnologiniai medžiai gali būti raktas į Amerikos miškų išsaugojimą

Palyginti su Kinijos genų redaguotais kūdikiais ir ambicingais projektais gelbėti vilnonius mamutus nuo išnykimo, biotechnologijų medžiai gali skambėti gana švelniai.

Tačiau genetiškai modifikuotų medžių išleidimas į miškus, siekiant kovoti su grėsme miškų sveikatai, yra nauja biotechnologijos riba. Nors molekulinės biologijos metodai yra pažengę, žmonės dar neišleido genetiškai modifikuotų augalų, kurie yra skirti plisti ir išlikti nevaldomoje aplinkoje. Biotechnologijos medžiai - genetiškai modifikuoti arba genetiškai redaguoti - suteikia tik tokią galimybę.

Vienas dalykas yra aiškus: grėsmės, su kuriomis susiduria mūsų miškai, yra daug, ir šių ekosistemų sveikata blogėja. 2012 m. JAV miškų tarnybos vertinime nustatyta, kad beveik septynis procentus visos šalies miškų yra pavojus prarasti bent ketvirtadalį savo medžių augmenijos iki 2027 m. Šis įvertinimas gali nebūti pernelyg nerimą keliantis, tačiau jis yra 40 proc. Didesnis nei ankstesnis įvertinimas prieš šešerius metus.

2018 m. Kelių JAV federalinių agentūrų ir JAV miškininkystės ir bendruomenės fondo prašymu Nacionalinės mokslų, inžinerijos ir medicinos akademijos sudarė komitetą „ištirti galimą biotechnologijos panaudojimą, siekiant sumažinti grėsmes miško medžių sveikatai“. Ekspertai, įskaitant mane, socialinius mokslininkus, orientuotus į naujas biotechnologijas, buvo paprašyti „nustatyti ekologines, etines ir socialines pasekmes, susijusias su biotechnologijų diegimu miškuose, ir parengti mokslinių tyrimų darbotvarkę, kad būtų išspręstos žinių spragos“.

Mūsų komiteto nariai buvo iš universitetų, federalinių agentūrų ir nevyriausybinių organizacijų ir atstovavo įvairioms disciplinoms: molekulinė biologija, ekonomika, miško ekologija, teisė, medžių veisimas, etika, populiacijų genetika ir sociologija. Visos šios perspektyvos buvo svarbios siekiant atsižvelgti į daugelį biotechnologijų panaudojimo aspektų ir iššūkių miškų sveikatai gerinti.

Krizė JAV miškuose

Klimato kaita yra tik ledkalnio viršūnė. Miškai susiduria su aukštesne temperatūra ir sausra bei kenkėjais. Kaip prekės ir žmonės juda visame pasaulyje, dar daugiau vabzdžių ir patogenų patenka į mūsų miškus.

Mes sutelkėme dėmesį į keturis atvejų tyrimus, kurie iliustruoja miškų grėsmių plotį. Iš Azijos atvyko smaragdinių pelenų gręžtuvas ir sukelia didelį mirtingumą penkiose pelenų rūšyse. Pirmą kartą aptiktas JAV dirvožemyje 2002 m., Jis 2018 m. Gegužės mėn. Išplito į 31 valstybę. Whitebark pušis, kertinis akmuo ir pagrindinės rūšys JAV ir Kanadoje, yra užpuoltas vietinės kalnų pušies vabalas ir įvestas grybelis. Daugiau nei pusė baltųjų žievės pušų šiaurinėje JAV ir Kanadoje mirė.

Popieriniai medžiai yra svarbūs pakrantės ekosistemoms ir miško produktų pramonei. Gimtoji grybelinė patogenė, Septoria musiva, pradėjo judėti į vakarus, atakuodamas natūralias juodos medvilnės populiacijas Ramiojo vandenyno šiaurės vakarų miškuose ir intensyviai kultivuojamoje hibridinėje tuopoje Ontarijoje. Ir liūdnas kaštonų pjaustymas, grybelis, atsitiktinai pristatytas iš Azijos į Šiaurės Ameriką 1800-ųjų pabaigoje, nuvalė milijardus amerikietiškų kaštonų medžių.

Ar biotechnologijos gali būti išgelbėtos? Ar tai turėtų būti?

Tai sudėtinga

Nors miškuose yra daug galimų biotechnologijų taikymo būdų, pvz., Genetiškai modifikuoti vabzdžių kenkėjai, norintys slopinti jų populiacijas, mes sutelkėme dėmesį į biotechnologijų medžius, kurie galėtų atsispirti kenkėjams ir patogenams. Pvz., Genų inžinerijos dėka mokslininkai gali įdėti genus iš panašių ar nesusijusių rūšių, kurie padeda medžiui toleruoti ar kovoti su vabzdžiais ar grybais.

Įdomu daryti prielaidą, kad gebėjimas ir entuziazmas genų redagavimui garantuos greitus, paprastus ir pigius šių problemų sprendimus. Tačiau biotechnologijos medžio kūrimas nebus lengvas. Medžiai yra dideli ir ilgaamžiški, o tai reiškia, kad tyrimai, kuriais siekiama patikrinti įvestų bruožų patvarumą ir stabilumą, bus brangūs ir užtruks dešimtmečius ar ilgiau. Mes taip pat nežinome beveik tiek daug apie sudėtingus ir milžiniškus medžių genomus, lyginant su mėgstamiausiomis laboratorijomis, pvz., Vaisių muses ir garstyčių augalais, Arabidopsis.

Be to, kadangi medžiai turi išgyventi laikui bėgant ir prisitaikyti prie besikeičiančios aplinkos, būtina išsaugoti ir įtraukti esamą genetinę įvairovę į bet kurį „naują“ medį. Per evoliucinius procesus medžių populiacijos jau turi daug svarbių pritaikymų įvairioms grėsmėms, o jų praradimas gali būti pražūtingas. Taigi net geriausias biotechnologijų medis galiausiai priklausys nuo apgalvotos ir apgalvotos veisimo programos, siekiant užtikrinti ilgalaikį išlikimą. Dėl šių priežasčių Nacionaliniai mokslų akademijos, inžinerijos ir medicinos komitetai rekomenduoja didinti investicijas ne tik į biotechnologijų tyrimus, bet ir į medžių auginimą, miškų ekologiją ir populiacijų genetiką.

Priežiūros iššūkiai

Komitetas nustatė, kad JAV koordinuota biotechnologijų reguliavimo sistema, kuri platina federalinę biotechnologijų produktų priežiūrą tarp agentūrų, pvz., EPA, USDA ir FDA, nėra visiškai pasirengusi apsvarstyti biotechnologijos medžio diegimą siekiant pagerinti miškų sveikatą.

Akivaizdu, kad biotechnologijų lauko bandymuose reguliatoriai visada reikalavo žiedadulkių ir sėklų saugojimo, kad būtų išvengta genetinės medžiagos išsiskyrimo. Pavyzdžiui, biotechnologinių kaštonų nebuvo leidžiama žydėti, siekiant užtikrinti, kad lauko bandymų metu transgeniniai žiedadulkės neužtektų kraštovaizdžiui. Tačiau jei biotechnologijų medžiai yra skirti platinti savo naujus bruožus per sėklą ir žiedadulkes, kad būtų sukurtas kenkėjų atsparumas kraštovaizdžiui, tuomet bus reikalingi laukinės reprodukcijos tyrimai. Jie šiuo metu neleidžiami, kol biotechnologijos medis nebus visiškai panaikintas.

Kitas dabartinės sistemos trūkumas yra tas, kad kai kuriems biotechnologijų mediams nereikia jokios specialios peržiūros. Pavyzdžiui, USDA buvo paprašyta apsvarstyti loblolly pušį, kuris buvo genetiškai modifikuotas siekiant didesnio medienos tankio. Tačiau dėl to, kad USDA reguliavimo institucija yra prižiūrima augalų kenkėjų rizika, ji nusprendė, kad ji neturi jokios reguliavimo institucijos dėl šio biotechnologijų medžio. Panašūs klausimai tebėra apie organizmus, kurių genai redaguojami naudojant naujas priemones, pvz., CRISPR.

Komitetas pažymėjo, kad JAV teisės aktai nepadeda visapusiškai atsižvelgti į miško sveikatą. Nors Nacionalinis aplinkos politikos įstatymas kartais padeda, mažai tikėtina, kad bus vertinama tam tikra rizika ir daug galimų privalumų. Tai pasakytina apie biotechnologijų medžius, taip pat kitas priemones kenkėjams ir patogenams, pvz., Medžių veisimui, pesticidams ir vietos valdymo praktikai.

Kaip matuojate miško vertę?

Nacionalinės mokslų akademijos, inžinerijos ir medicinos ataskaitos siūlo „ekosistemų funkcijų“ sistemą, pagal kurią būtų atsižvelgta į įvairius medžių ir miškų teikiamus būdus žmonėms. Tai svyruoja nuo miško produktų gavybos iki miško naudojimo poilsiui į ekologines paslaugas, kurias teikia miškas - vandens valymas, rūšių apsauga ir anglies saugojimas.

Komitetas taip pat pripažino, kad kai kurie miško vertinimo būdai neatitinka ekosistemų funkcijų sistemos. Pavyzdžiui, jei kai kurie miškus vertina kaip „vidinę vertę“, tada jie turi vertę savyje ir savaime, išskyrus tai, kaip žmonės juos vertina ir galbūt reiškia moralinę pareigą juos apsaugoti ir gerbti. „Laukiškumo“ ir „natūralumo“ problemos taip pat yra paviršius.

Laukinė gamta?

Paradoksalu, tačiau biotechnologijų medis gali padidinti ir sumažinti laukiškumą. Jei laukiškumas priklauso nuo žmogaus įsikišimo stokos, tada biotechnologijos medis sumažins miško laukingumą. Bet galbūt tai būtų tradiciškai veisiamas hibridinis medis, kuris buvo sąmoningai pristatytas į ekosistemą.

Kas sumažintų laukiškumą - biotechnologijos medžio įvedimą ar svarbių medžių rūšių likvidavimą? Nėra teisingų ar neteisingų atsakymų į šiuos klausimus, tačiau jie primena mums, kad sprendimai dėl technologijos yra „sudėtingesni“.

Šis sudėtingumas rodo pagrindinę Nacionalinių mokslų akademijų, inžinerijos ir medicinos ataskaitų rekomendaciją: ekspertų, suinteresuotųjų šalių ir bendruomenių dialogas apie tai, kaip vertinti miškus, įvertinti biotechnologijų riziką ir galimą naudą bei suprasti sudėtingus viešus atsakymus į bet kokį potencialą intervencijos, įskaitant tas, kurios susijusios su biotechnologijomis. Šie procesai turi būti pagarbūs, apgalvoti, skaidrūs ir apimantys.

Tokie procesai, pvz., 2018 m. Suinteresuotųjų šalių seminaras apie biotechnologijų kaštoną, neištrins konflikto ar netgi nesuteiks bendro sutarimo, tačiau jie gali sukurti supratimą ir supratimą, kuris gali prisidėti prie demokratinių sprendimų, kuriuos informuoja ekspertų žinios ir viešosios vertybės.

Šis straipsnis iš pradžių buvo paskelbtas Jason A. Delborne pokalbyje. Skaitykite originalų straipsnį čia.