Genetisk manipulerede biotekntræer kan være nøglen til at spare Amerikas skove

Sammenlignet med genredigerede babyer i Kina og ambitiøse projekter for at redde uldmammutter fra udryddelse, kan biotekstræer lyde temmelig tamme.

Men frigivelse af genetisk manipulerede træer til skovene for at imødegå trusler mod skovhelse udgør en ny grænse inden for bioteknologi. Selv som molekylærbiologiens teknikker er avancerede, har mennesker endnu ikke udgivet en genetisk konstrueret plante, der er beregnet til at sprede sig og fortsætte i et uhåndteret miljø. Biotekstræer - genetisk manipuleret eller genredigeret - tilbyder netop denne mulighed.

Én ting er klart: Truslerne mod vores skove er mange, og sundheden for disse økosystemer bliver værre. En skovvurdering fra 2012 estimerede, at næsten syv procent af skovene landsdækkende risikerer at tabe mindst en fjerdedel af deres vegetation ved 2027. Dette skøn kan ikke lyde for bekymrende, men det er 40 procent højere end det foregående skøn lavet kun seks år tidligere.

I 2018 dannede de nationale akademier for videnskab, teknik og medicin en anmodning om at "undersøge den potentielle anvendelse af bioteknologi for at mindske truslerne mod skovbrugets sundhed" efter anmodning fra flere amerikanske forbundsbureauer og US Endowment for Forestry and Communities. Eksperter, herunder mig, en socialforsker med fokus på nye bioteknologier, blev bedt om at "identificere de økologiske, etiske og sociale konsekvenser af anvendelsen af ​​bioteknologi i skovene og udvikle en forskningsagenda til at løse videnforskelle."

Vores udvalgsmedlemmer kom fra universiteter, føderale organer og ngo'er og repræsenterede en række discipliner: molekylærbiologi, økonomi, skovøkologi, lov, træopdræt, etik, populationsgenetik og sociologi. Alle disse perspektiver var vigtige for at overveje de mange aspekter og udfordringer ved at bruge bioteknologi til at forbedre skovhelsen.

En krise i amerikanske skove

Klimaændringer er bare toppen af ​​isbjerget. Skove står over for højere temperaturer og tørke og flere skadedyr. Som varer og mennesker bevæger sig rundt om kloden, går endnu flere insekter og patogener ind i vores skove.

Vi fokuserede på fire casestudier for at illustrere omfanget af skovtrusler. Emerald aske boreren ankom fra Asien og forårsager alvorlig dødelighed i fem arter af asketræer. Første opdaget på amerikansk jord i 2002, den havde spredt sig til 31 stater i maj 2018. Whitebark Pine, en keystone og fundamenterende arter i høje højder i USA og Canada, er under angreb af den oprindelige bjerggrisbille og en introduceret svamp. Over halvdelen af ​​whitebark fyr i det nordlige USA og Canada er døde.

Poplar træer er vigtige for ripariske økosystemer såvel som for skovprodukter industrien. Et oprindeligt svampepatogen, Septoria musiva, er begyndt at bevæge sig vestpå og angribe naturlige populationer af sort bomuldsved i Pacific Northwest Forests og intensivt dyrket hybrid poppel i Ontario. Og den berygtede kastanjebrune, en svamp, der tilfældigt blev introduceret fra Asien til Nordamerika i slutningen af ​​1800'erne, udslettet milliarder amerikanske kastanjetræer.

Kan bioteknologi komme til undsætning? Skal det?

Det er kompliceret

Selv om der er mange potentielle anvendelser af bioteknologi i skove, som f.eks. Genetisk ingeniørinsektordrækker til at undertrykke deres populationer, fokuserede vi specifikt på biotekstræer, der kunne modstå skadedyr og patogener. Gennem genteknologi kan for eksempel forskere indsætte gener fra en lignende eller ikke-relaterede art, der hjælper et træ til at tolerere eller bekæmpe et insekt eller svamp.

Det er fristende at antage, at buzz og entusiasme for genredigering vil sikre hurtige, nemme og billige løsninger på disse problemer. Men at lave et biotekstræ vil ikke være let. Træer er store og langlivede, hvilket betyder, at forskning til at teste holdbarheden og stabiliteten af ​​et introduceret træk vil være dyrt og tage årtier eller længere. Vi ved også næsten ikke så meget om de komplekse og enorme træer, sammenlignet med laboratoriefavoritter som frugtfluer og sennepplantage, Arabidopsis.

Derudover, fordi træer skal overleve over tid og tilpasse sig skiftende miljøer, er det vigtigt at bevare og indarbejde deres eksisterende genetiske mangfoldighed i noget "nyt" træ. Gennem evolutionære processer har træpopulationer allerede mange vigtige tilpasninger til forskellige trusler, og at miste disse kan være katastrofale. Så selv det fanciest biotech træ vil i sidste ende afhænge af et tankevækkende og bevidst avlsprogram for at sikre langsigtet overlevelse. Af disse grunde anbefaler de nationale akademier for videnskab, ingeniør- og medicinudvalget stigende investeringer ikke kun i bioteknologisk forskning, men også i træavl, skovøkologi og populationsgenetik.

Overblik Udfordringer

Udvalget konstaterede, at den amerikanske koordinerede ramme for bioteknologisk regulering, der distribuerer føderalt tilsyn med bioteknologiske produkter blandt agenturer som EPA, USDA og FDA, ikke er fuldt forberedt til at overveje indførelsen af ​​et biotekstræ for at forbedre skovhelsen.

Mest klart har regulatorer altid krævet indeslutning af pollen og frø under biotekfeltforsøg for at undgå flugt af genetisk materiale. For eksempel fik biotech kastanje ikke lov til at blomstre for at sikre, at transgen pollen ikke ville sprænge over landskabet under feltforsøg. Men hvis biotekstræer er beregnet til at sprede deres nye træk, via frø og pollen, for at indføre skadedyrsbestandighed på tværs af landskaber, er det nødvendigt med undersøgelser af vilde reproduktion. Disse er i øjeblikket ikke tilladt, indtil et biotekstræ er fuldstændig dereguleret.

En anden mangel på den nuværende ramme er, at nogle biotekntræer måske ikke kræver nogen særlig gennemgang. USDA blev for eksempel bedt om at overveje en loblolly fyr, der blev genetisk manipuleret til større trætæthed. Men fordi USDA's tilsynsmyndighed stammer fra dets overvågning af skadedyrsangreb på planten, besluttede den, at den ikke havde nogen regulerende myndighed over det biotekstræ. Lignende spørgsmål forbliver vedrørende organismer, hvis gener redigeres ved hjælp af nye værktøjer som CRISPR.

Udvalget noterede sig, at amerikanske forskrifter ikke fremmer en omfattende overvejelse af skovhelsen. Selvom den nationale miljøpolitik lov nogle gange hjælper, er det usandsynligt, at nogle risici og mange potentielle fordele vil blive vurderet. Dette gælder også for biotekstræer og andre redskaber til bekæmpelse af skadedyr og patogener, såsom træavl, pesticider og ledelsespraksis.

Hvordan måler du værdien af ​​en skov?

Den nationale videnskabs-, ingeniør- og lægevidenskabelige rapport foreslår en ramme for "økosystemtjenester" for at overveje de forskellige måder, hvorpå træer og skove giver mennesker værdi. Disse spænder fra udvinding af skovprodukter til brug af skove til rekreation til de økologiske tjenester, en skov giver - vandrensning, dyrebeskyttelse og kulstofopbevaring.

Udvalget erkender også, at nogle måder at vurdere skoven ikke passer ind i rammerne for økosystemtjenesten. For eksempel, hvis skove ses af nogle at have "egenværdi", så har de værdi i sig selv, bortset fra den måde, hvorpå mennesker værdsætter dem og måske indebærer en form for moralsk forpligtelse til at beskytte og respektere dem. Udgaver af "vildskab" og "naturlighed" også overflade.

Wild Nature?

Paradoksalt nok kunne et biotekstræ øge og formindske vildskab. Hvis vilden afhænger af mangel på menneskelig indgriben, vil et biotekstræ reducere skovets vildskab. Men måske ville det også være et konventionelt opdrættet hybrid træ, der bevidst blev introduceret i et økosystem.

Hvilket ville reducere vildskab mere - indførelsen af ​​et biotekstræ eller udryddelsen af ​​en vigtig træart? Der er ikke rigtige eller forkerte svar på disse spørgsmål, men de minder os om kompleksiteten af ​​beslutninger om at bruge teknologi til at forbedre "naturen".

Denne kompleksitet peger på en nøgleanbefaling af National Academy of Sciences, Engineering og Medicine Report: dialog mellem eksperter, interessenter og samfund om, hvordan man kan værdsætte skove, vurdere risici og potentielle fordele ved biotek og forstå komplekse offentlige reaktioner på ethvert potentiale interventioner, herunder dem, der involverer bioteknologi. Disse processer skal være respektfulde, overvejende, gennemsigtige og inklusiv.

Sådanne processer, som f.eks. En 2018-interessentvirksomhed på bioteknekastanien, vil ikke slette konflikt eller endog garantere konsensus, men de har potentiale til at skabe indsigt og forståelse, som kan føje til demokratiske beslutninger, der informeres af ekspertviden og offentlige værdier.

Denne artikel blev oprindeligt udgivet på The Conversation af Jason A. Delborne. Læs den oprindelige artikel her.