?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry Share Next Entry
Плюсы ГМ-технологий для охраны природы
Охрана природы
naturschutz
«…Положительное влияние генной инженерии на окружающую среду может быть как прямым, так и косвенным. Целое направление этой технологии заключается в создании растений, предназначенных для фиторемедиации («растительное излечение») — очистки почвы и воды от тяжелых металлов, органических соединений, радиоактивных веществ, а воздуха в городах — от оксидов азота. Другие ГМР (генномодифицированные растения) могут быть использованы в качестве биосенсоров — для обнаружения различных загрязнителей.
Достигается это тремя различными способами: аккумуляцией — поглощением из почвы и накоплением в растениях вред ных соединений (тяжелых металлов); деградацией — синтезом в растениях ферментов, которые способствуют расщеплению загрязнителей (органических соединений); стабилизацией — производством веществ, которые иммобилизуют загрязнители на поверхности корней или почвы.
В США подсчитали, что стоимость фиторемедиации одного акра почвы, загрязненной свинцом, на глубину 50 см составляет 60—100 тыс. долл., тогда как традиционный метод очистки, который заключается в удалении, перевозке и захоронении такого же объема почвы, обойдется в 400—1700 тыс. долл.
Косвенную пользу приносит ряд других разработок. Например, трансгенные лесные породы в конечном итоге позволят сохранить нетронутыми лесные насаждения. Леса, помимо расчистки под посевы, вырубаются для получения древесины (к примеру, спрос на древесину тропических ценных пород возрос с 50-х годов в 15 раз), а также: производства бумаги, заготовки топлива (в развивающихся странах для этих целей используется более трети ежегодно вырубаемого леса). Создание искусственных плантаций, на которых будут выращиваться трансгенные деревья с особыми свойствами, могло бы способствовать сохранению лесов.
Примерами таких разработок являются:
- деревья (тополь, эвкалипт) с ускоренным ростом, выращиваемые с целью получения биомассы для производства этанола или других промышленных целей;
- деревья с модифицированным содержанием лигнина: его уменьшение повышает эффективность производства бумаги, а повышение — увеличивает энергетическую ценность и прочностные характеристики;
- деревья с окрашенной в красно-коричневый цвет древесиной, имитирующие редкие и ценные породы.
Особенно интенсивно разработки с трансгенными деревьями (в основном тополем) ведутся в Китае. В свое время эта страна лишилась [почти] всех лесов и  свои потребности в древесине планирует удовлетворять за счет искусственных насаждений.
Большую ценность могут представлять растения, непосредственно синтезирующие биопластик; они позволят сократить потребность в нефти, и такой пластик быстро разлагается микроорганизмами — в течение нескольких месяцев, тогда как полиэтилену на это требуется 100—200 лет. Например, получение поли-3-гидроксимасляной кислоты ферментативным путем из растительного крахмала занимает четыре этапа, в то время как при ее непосредственном синтезе в растениях — всего один, и для получения того же количества пластика трансгенных растений потребуется в 4 раза меньше [16]. Путем встраивания генов биосинтеза этого вещества в хлоропласты арабидопсиса удалось довести его содержание до 4% от сырого веса (или до 40% — от сухого). Еще пример: окрашенный уже в растениях хлопок не нуждается в красящих веществах, а их производство и сам процесс окраски являются экологически вредными.
Наконец, растения, обладающие устойчивостью к вредителям и болезням, не нуждаются в ядохимикатах. Около 40% всех инсектицидов используется на хлопке, и выращивание Вt-хлопка позволило сократить количество обработок в 2—3 раза. В целом же в мире в 2001 г. благодаря трансгенному хлопку использование инсектицидов на этой культуре сократилось на 13%, а в некоторых странах, специализирующихся на его выращивании, применение пестицидов сократилось еще больше: в Китае — на 61%, в США — на 31%, в Австралии — на 27% [и продолжает сокращаться. naturschutz]. Одновременно происходит уменьшение потребления горючего за счет сокращения использования техники. Эта экономия составила в 2000 г. в США на хлопке 9,6 тыс. м3.
В том же году канадские фермеры за счет ГМР снизили потребление дизельного топлива на 31 тыс. м3, что вызвало двойной эффект: снижение нагрузки на почву и выбросов углекислого газа на 110 тыс. т. Таким образом, возделывание трансгенных растений уже привело к уменьшению загрязнения окружающей среды ядохимикатами, увеличению числа полезных насекомых, снижению риска отравления фермеров инсектицидами, а также сокращению выбросов в атмосферу углекислого газа”.

Ещё один косвенный выигрыш от ГМ сортов связан с ростом продуктивности территорий, производящих продукты питания, без опережающего роста интенсивности обработки пестицидами, удобрениями и пр. Тем самым снижается ущерб популяциям нецелевых видов (прежде всего полезных – энтомофагов и опылителей) в соседних естественных экосистемах, также как риск их разрушения для превращения в с/хугодья в следующий период.

«Нецелевые эффекты трансгенных растений определяются как нежелательное воздействие ГМР или технологий их выращивания на те организмы агроценоза, которые изначально не являются мишенью для воздействия (нецелевые организмы). В таких эффектах обвиняют ГМР с производством токсичных веществ для защиты от вредителей и патогенов, а также с устойчивостью к гербицидам.
Растения-пестициды не требуют обработок средствами защиты растений, поэтому правомерно было бы сравнивать их влияние на окружающую среду с ядохимикатами. Вt-растения, устойчивые к насекомым, содержат ген Вt-токсина[1]. Этот токсин воздействует только на кишечник вредителей, причем обладает высокой специфичностью: различные штаммы бактерии продуцируют токсины, активные против личинок определенных видов из отрядов чешуекрылых, жесткокрылых и двукрылых. Кроме того, этот токсин активизируется только в пищеварительной системе. Препараты этой бактерии уже более 50 лет используются в сельском хозяйстве и лесоводстве в качестве безопасного для людей, животных и полезных насекомых биоинсектицида. К сожалению, они быстро теряют активность и поэтому их доля в мировом производстве инсектицидов составляет менее 2% [8].
Растения с таким геном не требуют обработок инсектицидами, которые действительно негативно влияют на окружающую среду. Преимущества такого способа были выявлены в скандале с бабочкой-монархом. Для борьбы с кукурузным мотыльком были получены растения кукурузы, содержащие ген Вt-токсина. Эти растения прошли всестороннюю проверку в Агентстве по охране окружающей среды США (EPA) и были признаны безопасными для нецелевых организмов. Тем не менее, в мае 1999 г. в журнале «Nature» появилась статья, в которой сообщалось о повышенной смертности личинок бабочки-монарха (Danaus plexippus), питавшихся листьями, покрытыми Вt-пыльцой [11]. Экологи потребовали запретить трансгенные растения, бабочка стала символом антиГМР движения, однако ученые не признали достоверность этой работы из-за целого ряда методологических ошибок и начали широкомасштабное изучение данного вопроса.
Несколько университетов США и Канады под эгидой Министерства сельского хозяйства США (USDA) в течение двух лет проводили исследования. В результате было установлено, что пыльца Вt-кукурузы не опасна для бабочки-монарха, а также для другой бабочки — парусника поликсены (Papilio polyxenes) (обе эти бабочки обитают на растениях вблизи полей), тогда как опасным для нее является применяемый на кукурузе инсектицид широкого спектра действия цихалотрин-лямбда. Верховный Суд США в ответ на поданный Гринписом судебный иск также постановил, что для полезных насекомых Вt-растения безопаснее пестицидов.
Первые трансгенные растения синтезировали средства защиты постоянно в течение своего периода роста (конститутивно) и во всем растении. Сейчас же, путем использования различных промоторов (регуляторных областей генов), можно добиться экспрессии трансгенов только в определенных органах или тканях, только при определенных условиях (например, при нападении вредителей) или только в определенный период времени (например, в момент созревания).
Другие обвинения касаются использования гербицидов на трансгенных растениях. Вред заключается в том, что обработки химикатами опосредованно снижают численность насекомых, птиц и мелких животных — через уничтожение сорняков, которыми они питаются или используют в качестве укрытия. На это стоит заметить, что уничтожение сорняков проводится всегда и везде. Гербициды при этом применяют не только на трансгенных растениях, но и на обычных, и, как правило, более токсичные».
«…В действительности же биоразнообразию угрожает превращение природных ландшафтов в сельскохозяйственные. Так, нобелевский лауреат Норманн Борлоуг писал, что для получения урожая 1998 г. по технологиям 1950 г. потребовалось бы дополнительно распахать 1,2 млрд га земли, то есть 33% всех пастбищ или 29% всех лесов в мире, а с учетом меньшей продуктивности этих земель — и того больше. Никакое использование удобрений и ядохимикатов и тем более генетически модифицированных растений не сравнится с ущербом окружающей среде от такого развития событий — более 90% видов растений и животных обитают в лесах (в тропических — около 70%). Кстати, в истории с бабочкой-монархом энтомологов значительно больше беспокоила хозяйственная деятельность человека в местах зимовки этих бабочек, разрушающая их естественную среду местообитания. Генная инженерия растений, как и другие способы интенсификации сельского хозяйства, позволяет сохранить нетронутыми огромные площади лесов, степей, лугов. А в идеальном случае позволит даже сократить площадь земель сельскохозяйственного назначения — что и произошло в последние десятилетия в Европе под влиянием «зеленой революции». Вот почему генная инженерия способствует сохранению биоразнообразия, а вовсе не уничтожает его.
Критики генной инженерии утверждают, что сама природа этой технологии способствует проявлению в трансгенных растениях так называемых непредсказуемых эффектов. Так как встраивание трансгена в геном происходит случайным образом, то один и тот же ген в зависимости от места вставки может по-разному влиять на работу окружающих генов (позиционный эффект). А поскольку гены переносятся из самых разных, подчас весьма отдаленных организмов, то в новом окружении этот ген может влиять на несколько признаков (плейотропный эффект). В качестве примеров приводятся соя с повышенной чувствительностью к высоким температурам, удлинение периода покоя семян у рапса, ускоренное цветение тополя и другие. На самом деле все непредсказуемые эффекты в равной степени присущи и обычной селекции. Гибриды кукурузы с цитоплазматической мужской стерильностью типа Техас занимали в США более 85% всех посевов. Однако в начале 70-х годов там разразилась эпифитотия грибкового заболевания southern leaf blight, поразившего только эти гибриды. Выяснилось, что белок патогена взаимодействовал с мембраной митохондрий, что приводило к нарушениюдыхательной функции [1].
Не менее непредсказуемыми могут быть сорта, полученные с помощью мутагенеза — такая обработка затрагивает множество генов. В 2003 г. сорта рапса, выведенные традиционной селекцией, занимали в Канаде всего 10% площади. Остальные 90% приходились на гербицидоустойчивый рапс: 68% — трансгенный и 22% — полученный путем мутагенеза. Растения со встройкой всего одного гена подвергаются тщательному изучению и контролю в отличие от растений, прошедших гораздо более мощную обработку химикалиями или облучением. В плодоводстве широко используется так называемая клоновая селекция — отбор естественных мутаций. Примерами служат многие всем известные красноокрашенные сорта яблони и груши. Однако вместе с изменением окраски у них иногда наблюдается уменьшение лежкости плодов или другие отклонения.
В докладе группы экспертов ФАО и ВОЗ (2000) сообщалось, что основное отличие трансгенной технологии от обычной селекции заключается в способности переносить новые признаки с большей скоростью и точностью. Там же отмечалось, что «возможное проявление непредсказуемых эффектов не является уникальным для технологии рекомбинантной ДНК, но также общим явлением для традиционной селекции». Так как по существующим законам довыхода на поля трансгенные растения изучают всесторонне и тщательно, по сравнению с обычными сортами, то и вероятность найти различные отклонения выше. К примеру, изменения в содержании проламинов и ксантофиллов в трансгенном рисе не детектировались стандартными анализами, а были обнаружены только с использованием специализированных методов — гель-электрофореза и высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Очень вероятно, что доскональное изучение обычных сортов также могло бы обнаружить в них ряд отклонений. Помимо нейтральных и негативных эффектов, у трансгенных растений наблюдались и положительные: в картофеле снижалось содержание гликоалкалоидов, в рисе повышалось содержание витамина В. Эти растения «с отклонениями» могут быть использованы как доноры ценных признаков».

«…в будущем наибольший интерес трансгенные растения будут представлять именно для развивающихся стран. Традиционные способы интенсификации — удобрения, ядохимикаты, механизация для них малопригодны из-за высокой стоимости. Между тем именно в развивающихся странах, которые расположены в основном в тропиках и субтропиках, особенно остро стоит проблема защиты от вредителей и болезней, приводящих к большим потерям урожая, так как климат способствует их распространению, а применение ядохимикатов дорого и требует определенной квалификации. Именно в этих условиях выходом могут стать устойчивые сорта.
Другая причина низкой урожайности — малоплодородные почвы. Плодородие определяется не только количеством питательных веществ, но и их доступностью для растений. Для решения этой проблемы разрабатываются стратегии повышения доступности питательных веществ (путем выделения корнями ферментов, органических кислот и т. д.) или улучшения их транспорта в растениях.
Тесно связана с проблемой плодородия и повышенная кислотность тропических почв. Кислые почвы занимают около 68% тропической Америки, 38% тропической Азии и 27% тропической Африки [3]. Низкая продуктивность растений на таких почвах в первую очередь вызвана токсичным действием алюминия, который растворяется при кислой реакции среды. В этих условиях он также образует комплексы с такими важными элементами, как фосфор, кальций, магний, железо, делая их недоступными для растений. Для повышения устойчивости растений к алюминию была использована стратегия предотвращения поступления его ионов в корни путем их связывания органическими кислотами. Трансгенные растения табака и папайи с встроенным геном синтеза лимонной кислоты продемонстрировали устойчивость к алюминию [9]. На почвах с рН = 4 трансгенные растения люцерны с усиленным синтезом сразу нескольких органических кислот имели биомассу корней в два раза большую, чем контрольные, и одновременно повысилась доступность фосфора. Сейчас ведутся работы по встраиванию гена синтеза лимонной кислоты в кукурузу — основную продовольственную культуру в тропиках.
Еще один резерв повышения продуктивности — сокращение потерь путем использования трансгенных растений с замедленным созреванием плодов. Это представляет большую ценность для быстро созревающих тропических фруктов в развивающихся странах, т. к. недостаток соответствующих условий хранения и развитых транспортных путей к потребителю приводит к большим потерям. В целом же трансгенные растения, способные противостоять вредителям и болезням, рационально использовать питательные вещества и произрастать в неблагоприятных условиях, долго храниться, позволят значительно поднять урожайность на уже используемых землях, тем самым способствуя решению продовольственной проблемы в этих странах с одновременным сохранением естественных ландшафтов. Большое преимущество трансгенных сортов по сравнению с обычными сортами интенсивного типа состоит именно в том, что они не требуют глобальных изменений в уже сложившихся системах выращивания растений на маленьких фермах.
Поэтому не случайно, что помимо США, Канады, Австралии трансгенные растения официально разрешены в наиболее населенных странах Азии (Китае, Индии, Индонезии) и Центральной и Южной Америки (Бразилии, Мексике, Колумбии, Аргентине), и площади под ними непрерывно возрастают».
Тому же способствует ускорение селекционного процесса при использовании ГМ-технологий.
«Классическим примером трансгенного растения с улучшенной питательной ценностью является «золотой рис». От недостатка витамина А в мире страдают около 230 млн детей, а от анемии, вызванной недостатком  железа в пище,— около 2 млрд человек (данные ВОЗ). Эндосперм риса, основного продукта питания в ряде развивающихся стран, не содержит провитамина А. Рис также содержит мало железа, но богат фитиновой кислотой, ингибирующей всасывание железа на 95%. Генные инженеры встроили в рис гены четырех ферментов, которые синтезируют бета-каротин (провитамин А), и такой рис содержит 1,6—2 мкг/г бета-каротина и имеет золотистую окраску, за что он и получил свое название [18]. 300 г такого риса содержит около третидневной дозы провитамина А, что, по расчетам диетологов, уже достаточно для предотвращения заболеваний и смертности, связанных с недостатком этого витамина. В другой лаборатории в рис встроили ген белка, богатого железом (ферритина), ген фермента, расщепляющего фитиновую кислоту (фитазы), и ген цистеинбогатого белка, усиливающего всасывание железа [12]. Затем две линии скрестили и получили гибридный рис, содержащий провитамин А и обогащенный железом. Решение этих проблем методами генной инженерии заняло всего 8 лет, причем решить их с помощью классической селекции было вообще невозможно…».
«…компании «Syngenta» потребовалось 12 лет обычной селекции, чтобы получить сорт кукурузы всего с 10% устойчивостью к кукурузному мотыльку. Для получения почти полностью устойчивой трансгенной Bt-кукурузы ей потребовалось только 5 лет».
В.Г.Лебедев. Продовольственная безопасность и трансгенные продукты// Россия в окружающем мире-2004. Аналитический ежегодник. М.: изд-во МНЭПУ.



[1] Другой пример – ГМ-овощи, устойчивые к вирусам (снижающим урожай в среднем на 30%, у сахарной свёклы – на 50-90%).