Genetycznie zmodyfikowane drzewa biotechnologiczne mogą być kluczem do ratowania lasów Ameryki

W porównaniu z dziećmi poddanymi edycji genetycznej w Chinach i ambitnymi projektami ratowania wełnianych mamutów przed wyginięciem, drzewa biotechnologiczne mogą wydawać się dość oswojone.

Jednak uwolnienie genetycznie modyfikowanych drzew do lasów w celu przeciwdziałania zagrożeniom dla zdrowia lasów stanowi nową granicę w biotechnologii. Mimo że techniki biologii molekularnej rozwinęły się, ludzie nie wydali jeszcze genetycznie zmodyfikowanej rośliny, która ma rozprzestrzeniać się i utrzymywać w środowisku niezarządzanym. Drzewa biotechnologiczne - genetycznie zmodyfikowane lub zmodyfikowane genetycznie - oferują taką możliwość.

Jedno jest pewne: zagrożenia, przed którymi stoją nasze lasy, są liczne, a zdrowie tych ekosystemów pogarsza się. Ocena przeprowadzona przez US Forest Service w 2012 r. Oszacowała, że ​​prawie siedem procent lasów w całym kraju jest zagrożonych utratą co najmniej jednej czwartej roślinności drzew do 2027 r. Szacunki te mogą nie brzmieć zbyt niepokojąco, ale są o 40 procent wyższe niż poprzednie szacunki wykonane zaledwie sześć lat wcześniej.

W 2018 r., Na wniosek kilku amerykańskich agencji federalnych i amerykańskiego funduszu na rzecz leśnictwa i społeczności, Narodowe Akademie Nauk, Inżynierii i Medycyny utworzyły komitet mający „zbadać potencjalne wykorzystanie biotechnologii do łagodzenia zagrożeń dla zdrowia drzew leśnych”. Eksperci, w tym ja, naukowiec społeczny skupiony na powstających biotechnologiach, zostali poproszeni o „zidentyfikowanie ekologicznych, etycznych i społecznych implikacji wdrażania biotechnologii w lasach i opracowanie programu badań w celu wyeliminowania luk w wiedzy”.

Członkowie naszej komisji pochodzili z uniwersytetów, agencji federalnych i organizacji pozarządowych i reprezentowali szereg dyscyplin: biologii molekularnej, ekonomii, ekologii lasów, prawa, hodowli drzew, etyki, genetyki populacji i socjologii. Wszystkie te perspektywy były ważne dla rozważenia wielu aspektów i wyzwań związanych z wykorzystaniem biotechnologii w celu poprawy zdrowia lasów.

Kryzys w lasach USA

Zmiana klimatu to tylko wierzchołek góry lodowej. Lasy borykają się z wyższymi temperaturami i suszami oraz większą liczbą szkodników. Gdy towary i ludzie poruszają się po całym świecie, jeszcze więcej owadów i patogenów wjeżdża do naszych lasów.

Skupiliśmy się na czterech studiach przypadków, aby zilustrować zakres zagrożeń lasów. Szmaragdowy świder popiołu przybył z Azji i powoduje poważną śmiertelność w pięciu gatunkach jesionów. Po raz pierwszy wykryty na glebie USA w 2002 r., Rozprzestrzenił się na 31 stanów od maja 2018 r. Sosna Whitebark, zwornik i gatunek podstawowy na wysokich wysokościach USA i Kanady, jest atakowana przez rodzimego chrząszcza sosny górskiej i wprowadzonego grzyba. Ponad połowa sosny whitebark w północnych Stanach Zjednoczonych i Kanadzie zmarła.

Drzewa topolowe są ważne zarówno dla ekosystemów łęgowych, jak i dla przemysłu produktów leśnych. Natywny patogen grzybiczy, Septoria musiva, ruszył na zachód, atakując naturalne populacje czarnej bawełny w północno-zachodnich lasach Pacyfiku i intensywnie uprawianej topoli hybrydowej w Ontario. A niesławna zaraza kasztanów, grzyb przypadkowo wprowadzony z Azji do Ameryki Północnej pod koniec XIX wieku, wymazał miliardy amerykańskich kasztanów.

Czy biotechnologia może przyjść na ratunek? Czy powinien?

To skomplikowane

Chociaż istnieje wiele potencjalnych zastosowań biotechnologii w lasach, takich jak inżynieria genetyczna szkodników owadzich w celu tłumienia ich populacji, skupiliśmy się w szczególności na drzewach biotechnologicznych, które mogą przeciwstawić się szkodnikom i patogenom. Na przykład dzięki inżynierii genetycznej naukowcy mogliby wstawić geny pochodzące od podobnych lub niepowiązanych gatunków, które pomagają drzewu tolerować lub zwalczać owada lub grzyba.

Kuszące jest założenie, że szum i entuzjazm do edycji genów zagwarantują szybkie, łatwe i tanie rozwiązania tych problemów. Ale zrobienie drzewa biotechnologicznego nie będzie łatwe. Drzewa są duże i długowieczne, co oznacza, że ​​badania mające na celu przetestowanie trwałości i stabilności wprowadzonej cechy będą kosztowne i potrwają dekady lub dłużej. Nie wiemy też prawie tyle o złożonych i ogromnych genomach drzew, w porównaniu z ulubionymi laboratoriami, takimi jak muszki owocowe i gorczyca, Arabidopsis.

Ponadto, ponieważ drzewa muszą przetrwać w czasie i przystosować się do zmieniających się warunków, istotne jest zachowanie i włączenie ich istniejącej różnorodności genetycznej do dowolnego „nowego” drzewa. Poprzez procesy ewolucyjne, populacje drzew mają już wiele ważnych adaptacji do różnych zagrożeń, a ich utrata może być katastrofalna. Zatem nawet najbardziej wyszukane drzewo biotechnologiczne będzie ostatecznie zależało od przemyślanego i celowego programu hodowlanego, aby zapewnić długotrwałe przetrwanie. Z tych powodów komisja National Academies of Sciences, Engineering i Medicine zaleca zwiększenie inwestycji nie tylko w badania biotechnologiczne, ale także w hodowlę drzew, ekologię leśną i genetykę populacji.

Wyzwania związane z nadzorem

Komisja stwierdziła, że ​​skoordynowane ramy prawne USA w zakresie biotechnologii, które dystrybuują federalny nadzór nad produktami biotechnologicznymi wśród agencji takich jak EPA, USDA i FDA, nie są w pełni przygotowane do rozważenia wprowadzenia drzewa biotechnologicznego w celu poprawy zdrowia lasów.

Oczywiście, regulatorzy zawsze wymagali powstrzymywania pyłku i nasion podczas biotechnologicznych prób terenowych, aby uniknąć ucieczki materiału genetycznego. Na przykład, biotechnologiczny kasztan nie mógł kwitnąć, aby zapewnić, że transgeniczny pyłek nie uderzy w krajobraz podczas prób polowych. Ale jeśli biotechnologiczne drzewa mają za zadanie rozprzestrzeniać swoje nowe cechy, poprzez nasiona i pyłki, w celu wprowadzenia odporności na szkodniki wśród krajobrazów, konieczne będą badania nad dziką reprodukcją. Nie są one obecnie dozwolone do czasu pełnej deregulacji drzewa biotechnologicznego.

Inną wadą obecnych ram jest to, że niektóre drzewa biotechnologiczne mogą w ogóle nie wymagać specjalnego przeglądu. Na przykład USDA poproszono o rozważenie sosny loblolowej, która została zmodyfikowana genetycznie w celu uzyskania większej gęstości drewna. Ponieważ jednak organ regulacyjny USDA wywodzi się z nadzoru nad zagrożeniami powodowanymi przez szkodniki roślin, zdecydował, że nie ma żadnych uprawnień regulacyjnych w stosunku do tego drzewa biotechnologicznego. Podobne pytania dotyczą organizmów, których geny są edytowane przy użyciu nowych narzędzi, takich jak CRISPR.

Komisja zauważyła, że ​​przepisy amerykańskie nie promują wszechstronnego uwzględnienia zdrowia lasów. Chociaż ustawa o polityce ochrony środowiska czasami pomaga, pewne ryzyko i wiele potencjalnych korzyści raczej nie zostaną ocenione. Dotyczy to drzew biotechnologicznych, a także innych narzędzi do zwalczania szkodników i patogenów, takich jak hodowla drzew, pestycydy i praktyki zarządzania terenami.

Jak mierzysz wartość lasu?

Raport National Academies of Sciences, Engineering and Medicine sugeruje ramy „usług ekosystemowych” do rozważenia różnych sposobów, w jakie drzewa i lasy dostarczają ludziom wartości. Obejmują one wydobycie produktów leśnych, wykorzystanie lasów do rekreacji oraz usługi ekologiczne, które zapewnia las - oczyszczanie wody, ochronę gatunków i magazynowanie węgla.

Komitet przyznał również, że niektóre sposoby wyceny lasów nie mieszczą się w ramach usług ekosystemowych. Na przykład, jeśli lasy są postrzegane przez niektórych jako posiadające „wewnętrzną wartość”, to same w sobie mają wartość, oprócz tego, jak ludzie je cenią i być może implikują moralny obowiązek ich ochrony i szacunku. Kwestie „dzikości” i „naturalności” również pojawiają się na powierzchni.

Dzika natura?

Paradoksalnie, drzewo biotechnologiczne może zwiększać i zmniejszać dzikość. Jeśli dzikość zależy od braku interwencji człowieka, wówczas drzewo biotechnologiczne zmniejszy dzikość lasu. Ale być może tak również konwencjonalnie hodowane drzewo hybrydowe, które zostało celowo wprowadzone do ekosystemu.

Co jeszcze bardziej zmniejszyłoby dzikość - wprowadzenie drzewa biotechnologicznego lub wyeliminowanie ważnego gatunku drzewa? Nie ma właściwych ani złych odpowiedzi na te pytania, ale przypominają nam one o złożoności decyzji o wykorzystaniu technologii w celu zwiększenia „natury”.

Ta złożoność wskazuje na kluczową rekomendację raportu Narodowych Akademii Nauk, Inżynierii i Medycyny: dialog między ekspertami, interesariuszami i społecznościami na temat tego, jak cenić lasy, oceniać ryzyko i potencjalne korzyści biotechnologii oraz rozumieć złożone reakcje publiczne na każdy potencjał interwencje, w tym dotyczące biotechnologii. Procesy te muszą być pełne szacunku, rozważne, przejrzyste i inkluzywne.

Takie procesy, takie jak warsztaty dla interesariuszy z 2018 r. Na temat biotechnologicznego kasztanowca, nie usuwają konfliktu ani nawet nie gwarantują konsensusu, ale mają potencjał do tworzenia wglądu i zrozumienia, które mogą przyczynić się do demokratycznych decyzji, które są oparte na wiedzy eksperckiej i wartościach publicznych.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w The Conversation przez Jasona A. Delborne'a. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.