Geneticky upravené biotechnologické stromy mohou být klíčem k záchraně amerických lesů

Ve srovnání s genově upravenými dětmi v Číně a ambiciózními projekty na záchranu vlčích mamutů z vyhynutí by biotechnologické stromy mohly znít docela krotce.

Uvolnění geneticky upravených stromů do lesů proti hrozbám pro zdraví lesů představuje novou hranici v biotechnologii. Dokonce jak techniky molekulární biologie pokročil, lidé dosud nevydali geneticky upravenou rostlinu, která je určena k šíření a přetrvávání v nespravovaném prostředí. Biotech stromy - geneticky upravené nebo genově upravené - nabízejí tuto možnost.

Jedno je jasné: hrozby, kterým čelí naše lesy, jsou mnohé a zdraví těchto ekosystémů se zhoršuje. Odhad z roku 2012 provedený US Forest Service odhaduje, že téměř sedm procent lesů na celostátní úrovni je ohroženo ztrátou alespoň čtvrtiny stromové vegetace do roku 2027. Tento odhad nemusí být příliš znepokojující, ale je o 40 procent vyšší než předchozí odhad. před šesti lety.

V roce 2018, na žádost několika amerických federálních agentur a americké nadace pro lesnictví a společenství, národní akademie věd, inženýrství a medicína vytvořily výbor “prozkoumat potenciální použití biotechnologie ke zmírnění hrozeb pro zdraví stromů lesa”. Odborníci, včetně mne, sociálního vědce zaměřeného na vznikající biotechnologie, byli požádáni, aby „identifikovali ekologické, etické a sociální důsledky nasazení biotechnologií v lesích a vytvořili výzkumný program, který by řešil mezery ve znalostech“.

Členové našeho výboru přišli z univerzit, federálních agentur a nevládních organizací a představovali řadu oborů: molekulární biologie, ekonomie, ekologie lesů, právo, chov stromů, etika, populační genetika a sociologie. Všechny tyto perspektivy byly důležité pro zvážení mnoha aspektů a výzev využití biotechnologií ke zlepšení zdraví lesů.

Krize v amerických lesích

Změna klimatu je jen špičkou ledovce. Lesy čelí vyšším teplotám a suchu a více škůdcům. Jako zboží a lidé se pohybují po celém světě, ještě více hmyzu a patogenů stopování do našich lesů.

Zaměřili jsme se na čtyři případové studie, které ilustrují šíři lesních hrozeb. Smaragdový popelník pochází z Asie a způsobuje těžkou smrtelnost u pěti druhů popele. Nejprve se objevil na půdě USA v roce 2002, od května 2018 se rozšířil na 31 států. Borovice bělavá, základní kámen a základní druh ve vysokých nadmořských výškách USA a Kanady, je napadena domorodcem borovice lesní a zavedenou houbou. Více než polovina borovice bělohlavé v severních USA a Kanadě zemřely.

Topoly jsou důležité jak pro pobřežní ekosystémy, tak pro průmysl lesních produktů. Nativní fungální patogen, Septoria musiva, začal pohybovat se západem, napadat přirozené populace černého hvozdu v Pacifik severozápadních lesích a intenzivně kultivoval hybridní topol v Ontariu. A neslavná kaštanová plíseň, houba náhodně zavedená z Asie do Severní Ameriky koncem 19. století, zničila miliardy amerických kaštanů.

Může biotechnologie přijít na záchranu? Mělo by?

Je to komplikované

Ačkoli existuje mnoho potenciálních aplikací biotechnologií v lesích, jako jsou geneticky inženýrští hmyzí škůdci, kteří potlačí své populace, zaměřili jsme se konkrétně na biotechnologické stromy, které by mohly odolávat škůdcům a patogenům. Například pomocí genetického inženýrství by vědci mohli vkládat geny z podobných nebo nepříbuzných druhů, které pomáhají stromu tolerovat nebo bojovat proti hmyzu nebo plísním.

Je lákavé předpokládat, že bzučení a nadšení pro editaci genů zaručí rychlé, snadné a levné řešení těchto problémů. Vytvoření biotechnologického stromu však nebude snadné. Stromy jsou velké a dlouhotrvající, což znamená, že výzkum, který testuje trvanlivost a stabilitu zavedeného znaku, bude drahý a bude trvat desetiletí nebo déle. Také o komplexních a enormních genomech stromů nevíme ani tolik, ve srovnání s oblíbenými laboratořemi, jako jsou ovocné mušky a rostlina hořčice, Arabidopsis.

Kromě toho, protože stromy potřebují přežít v čase a přizpůsobovat se měnícím se prostředím, je nezbytné zachovat a začlenit jejich existující genetickou rozmanitost do jakéhokoli „nového“ stromu. Prostřednictvím evolučních procesů již populace stromů mají mnoho důležitých adaptací k různým hrozbám a jejich ztráta by mohla být katastrofální. Dokonce i nejkrásnější biotechnický strom bude nakonec záviset na promyšleném a záměrném šlechtitelském programu, který zajistí dlouhodobé přežití. Z těchto důvodů Národní akademie věd, inženýrství a medicíny doporučuje zvýšit investice nejen do výzkumu biotechnologií, ale také do chovu stromů, ekologie lesů a genetiky obyvatelstva.

Výzvy pro dohled

Výbor zjistil, že americký koordinovaný rámec pro regulaci biotechnologií, který distribuuje federální dohled nad biotechnologickými produkty mezi agenturami, jako jsou EPA, USDA a FDA, není plně připraven zvážit zavedení biotechnologického stromu ke zlepšení zdraví lesů.

Regulátory zřejmě vždy vyžadovaly zadržení pylu a semen během biotechnologických pokusů, aby se zabránilo úniku genetického materiálu. Například biotechnologický kaštan nesměl kvést, aby se zajistilo, že transgenní pyl nebude během polních pokusů projíždět krajinou. Pokud však mají biotechnologické stromy šířit své nové rysy, prostřednictvím semen a pylu, zavést odolnost proti škůdcům napříč krajinou, pak bude nutné studovat divokou reprodukci. Ty nejsou v současné době povoleny, dokud není biotechnický strom plně deregulován.

Dalším nedostatkem současného rámce je, že některé biotechnologické stromy nemusí vyžadovat žádné zvláštní přezkoumání vůbec. USDA, například, byl žádal, aby zvážil loblolly borovice, která byla geneticky připravená pro větší hustotu dřeva. Vzhledem k tomu, že regulační úřad USDA pochází z dohledu nad riziky pro škůdce rostlin, rozhodl se, že nemá žádnou regulační pravomoc nad tímto biotechnologickým stromem. Podobné otázky přetrvávají ohledně organismů, jejichž geny jsou editovány pomocí nových nástrojů, jako je CRISPR.

Výbor poznamenal, že předpisy USA nepodporují komplexní posouzení zdraví lesů. I když Národní zákon o ochraně životního prostředí někdy pomáhá, některá rizika a mnoho potenciálních přínosů je nepravděpodobné, že budou vyhodnoceny. To je případ biotechnologických stromů, jakož i dalších nástrojů pro boj proti škůdcům a patogenům, jako je např. Šlechtění stromů, pesticidy a postupy při správě lokality.

Jak se měří hodnota lesa?

Zpráva Národní akademie věd, inženýrství a lékařství navrhuje rámec „ekosystémových služeb“ pro posuzování různých způsobů, kterými stromy a lesy poskytují lidem hodnotu. Ty se pohybují od těžby lesních produktů až po využívání lesů pro rekreaci až po ekologické služby lesů - čištění vody, druhová ochrana a skladování uhlíku.

Výbor rovněž uznal, že některé způsoby oceňování lesů nespadají do rámce ekosystémových služeb. Pokud například někteří lidé vidí lesy, že mají „vnitřní hodnotu“, pak mají hodnotu sami od sebe, kromě toho, jak si je lidé cení, a případně znamenají určitou morální povinnost chránit a respektovat je. Probíhají také otázky „divokosti“ a „přirozenosti“.

Divoká příroda?

Paradoxně by biotechnologický strom mohl zvýšit a snížit divokost. Pokud divokost závisí na nedostatku lidského zásahu, pak biotechnický strom sníží divokost lesa. Ale možná by to byl i konvenčně chovaný hybridní strom, který byl záměrně zaveden do ekosystému.

Což by vedlo ke snížení divokosti - zavedení biotechnologického stromu nebo eradikace důležitých dřevin? Na tyto otázky neexistují správné nebo nesprávné odpovědi, ale připomínají nám složitost rozhodnutí používat technologii k posílení „přírody“.

Tato složitost poukazuje na klíčové doporučení zprávy Národní akademie věd, inženýrství a medicíny: dialog mezi odborníky, zainteresovanými stranami a komunitami o tom, jak hodnotit lesy, hodnotit rizika a potenciální přínosy biotechnologií a porozumět komplexním reakcím veřejnosti na jakýkoli potenciál intervencí, včetně těch, které zahrnují biotechnologii. Tyto procesy musí být slušné, uvážlivé, transparentní a inkluzivní.

Takovéto procesy, jako je seminář zúčastněných stran z roku 2018 o biotechnologickém kaštanu, nevymažou konflikt ani nezajistí konsenzus, ale mají potenciál vytvořit vhled a porozumění, které může být zapojeno do demokratických rozhodnutí, která jsou informována odbornými znalostmi a veřejnými hodnotami.

Tento článek byl původně publikován na The Conversation Jason A. Delborne. Přečtěte si originální článek zde.