Zielona контрреволюция: jak ceny na produkty wpływają na geny

Ludzkość stoi na progu “Zielonej rewolucji 2.0”. Być może, w trakcie niej pewne osiągnięcia ostatniej “rewolucji” będą rewizyjnym na poziomie genów

W ubiegłym tygodniu został opublikowany kilka naukowych wiadomości, wydawałoby się, nie jest zbyt związanych między sobą. Po pierwsze, w końcu w pełni rozszyfrować genom pszenicy. Najważniejszym z roślin uprawianych ludzkości dość długo противилось naukowego poznania: jego genom ma gigantyczny rozmiar, to ponad trzykrotnie więcej genomu człowieka. Jednak i ten bastion padł.

Po drugie, jest zainstalowany statystyczny związek między obecnością produktów rozkładu środka owadobójczego DDT w krwi matki i autyzm u dziecka (o związku przyczynowo-skutkowego chodzi na razie nie idzie). Stosowanie DDT od dawna zabronione w większości krajów świata, jednak ta wiadomość sprawia, że zastanawiam się o innych наследиях “zielonej rewolucji” 1940-1970-tych, na której szczycie DDT kiedy to przyszedł na ziemię.

Po trzecie, opublikowana praca chińskich genetyków, углубляющая zrozumienie tych procesów genetycznych, że leżał na podstawie tej samej “zielonej rewolucji”. Badanie daje klucz do jednej z problemów, dziedziczone z tamtej epoki, — dużej zależności roślin uprawnych z nawozów mineralnych.

To doskonałe powody, aby przypomnieć sobie o pierwszej “zielonej rewolucji” i zastanowić się nad tym, jaki będzie druga.

Jak naukowcy byli w stanie nakarmić świat

Uważa się, że “zielona rewolucja” rozpoczęła się w 1943 roku w Meksyku. To właśnie tam zostały wprowadzone nowe odmiany pszenicy, wyprowadzone na krótko przed tym, jak Norman Борлоугом (w 1970 roku otrzymał za to pokojową nagrodę nobla). Odmiany Борлоуга różniły się низкорослостью i odpornością na полеганию, że towarzyszył wysokiej wydajności. Takie podejście od razu został odebrany hodowców z innych krajów Ameryki Łacińskiej i Azji. Większość nowoczesnych odmian zbóż, które mają zastosowanie w krajach rozwijających się, sięgają do “zielonej rewolucji”.

Odegrały swoją rolę i inne odkrycia naukowe: na początku XX wieku opracowano technologię produkcji nawozów azotowych z azotu atmosferycznego, a w 1940 na zmianę mineralnym pestycydy, содержавшим siarkę i miedź, przyszedł organiczne, w tym słynny DDT. I choć szkodliwe skutki zainteresowania tymi truciznami ludzkość расхлебывает do tej pory, ich toksyczność była znacznie niższa, niż u poprzedników, a robotnicy stężenia znacznie mniej.

Nauka odpowiadała na ostry społeczny wniosek: niedobór żywności w większości krajów na świecie do połowy XX wieku był niezwykle ostry i inwestycje w rolnictwo dawały szybki powrót. Za dwudziestoleciu, jakie nastąpiły po buncie “zielonej rewolucji”, światowa produkcja zbóż wzrosła ponad dwa razy. Ceny na produkty rolne obniżać, aż do 1975 roku.

Na czym polegała мичуринское cud, doskonałe Борлоугом, i dlaczego nie udało się hodowcom wszystkich poprzednich lat? Rzecz w tym, że roślina sama rado wykazać wysoką wydajność, jednak musiał regulować swoje pragnienia rozwijać i produkować nasiona z powodu ograniczoności zasobów i wrogość środowiska. Dopiero w połowie XX wieku — ze względu na szerokie wprowadzenie nawozów i chemikaliów — rośliny udało się przełożyć te koncerny na człowieka. Odmiany “zielonej rewolucji” zapłacili za swoją wydajność zwiększoną zależnością od osiągnięć cywilizacji, a przede wszystkim z nawozów mineralnych. Ich zapotrzebowanie na azocie niebotycznie wielka nie tylko w porównaniu z dzikimi przodkami, ale i z większością odmian, культивировавшихся ludzkością wcześniej. O tym, jakie procesy genetyczne leżały u podstaw tych zmian, biolodzy zaczęli domyślać się dopiero w końcu XX wieku, a dokładnie zorientowali się dopiero teraz.

To u nich hormonalne

Wzrost roślin prowadzą hormony o nazwie гибберелины. To właśnie one przekazują rozkaz “Rosnąć!” regulacji białek. Te białka i były zmutowane u odmian “zielonej rewolucji”, tak, że roślina nie chciał słuchać sygnał wzrostu. W rezultacie zbóż powstawały “полукарликовый” fenotyp, odporność na полеганию i zwiększona wydajność. Inny winowajca — gen ryżu SD1, produkt który jest niezbędny do syntezy samych гибберелинов. Tak więc, główną cechą odmian Борлоуга — ich odporność na hormonalnej regulacji.

Ciekawe, że według jednego badania, Борлоуга naprawdę byli poprzednicy. W tym samym genie SD1 ślady sztucznej selekcji tego, co robili starożytni japońscy hodowcy tysiące lat temu. Być może zatrzymał ich na tej drodze to fakt, że wysypać na ziemię ton nawozów mineralnych w tamtych wieku nie było żadnej możliwości.

Dalsze badania wykazały, że wciąż jest nieco trudniejsze. W przypadku braku hormonu злаку przeszkadzają rosnąć specjalne białka z pięknym tytułem DELLA — siedzą na początku wszystkich genów biorących udział w procesie wzrostu i zabrania im pracować. Takich genów sporo, a wśród nich są te, które są odpowiedzialne za przyswajanie azotu mineralnego: jeśli roślina nie rośnie, azot nie jest mu potrzebny i wchłaniania go do niczego. W normalnym zakładzie na sygnał hormonu białka te są niszczone, geny wychodzą spod ich opieki i uruchamiają procesy wchłaniania składników odżywczych i wzrostu. Ale w odmianach “zielonej rewolucji” to się nie dzieje. Białka DELLA gromadzą się i blokują pobieranie azotu z gleby. Dlatego te odmiany i potrzebują ogromnych dawkach nawozów: trzeba zmieni DELLA-blokadę i zmusić pszenicę trochę jedzenia.

Z punktu widzenia ekologii wynik катастрофичен: w 2015 roku na świecie było potrzebne więcej niż 100 mln ton nawozów azotowych. Duża część tej kwoty trafia do wód i oceanów, powodując wzrost glonów, które aktywnie korzystają z rozpuszczony w wodzie tlen. Ekosystemy wodne dosłownie dusi się. Z tym na pewno trzeba coś zrobić, i chińskich naukowców z pekińskiego Instytutu genetyki i biologii rozwoju zaproponowali obiecujący podejście.

Chińskie genetyki w szczegółach zorientowali się z genami kontrolującymi transport azotu u ryżu. Okazało się, że oprócz genów, które kodują DELLA-białka, w procesie bierze udział jeszcze jeden gen. On koduje białko o imieniu GRF4 (“wzrost-czynnik regulujący 4”). Do tej pory uważano, że od niego zależy wielkość ziarna i produktywność. Okazało się jednak, że to wpływa na przyswajanie azotu i węgla, przy czym w odróżnieniu od DELLA wpływa korzystnie.

Aby wykazać praktyczne potencjał swojego znaleziska, naukowcy сконструировали odmiana ryżu z podwyższoną zawartością GRF4. Jego zapotrzebowanie na nawozach azotowych okazała się mocno obniżony — tak, aby zaoszczędzić w skali globalnej miliony ton nawozów. A rolnikom — zaoszczędzić te pieniądze, które oni mogą na nich wydać.

Rewolucyjna sytuacja

Efekt “zielonej rewolucji” w gospodarce światowej trwał mniej więcej do połowy lat 1970-tych: to wtedy się ustabilizowało spadek cen na artykuły spożywcze. Jednak dość długo przetrwała tam niejasne poczucie, że osiągnięcia “zielonej rewolucji” (jak, na przykład, rewolucji przemysłowej w XIX wieku) — pojedynczy i niezmywalny przejście rolnictwa na nowy poziom, który już nigdy w historii ludzkości nie powtórzy.

Szeroka publiczność przywiązuje zbyt dużą wagę do wprowadzenia rolnictwo genetycznie technologii i rozpowszechnianie GMO — uważa prawie nową rewolucją (lub, wręcz przeciwnie, katastrofa). Jednak genu modyfikacji rewolucyjne nie są same w sobie: ważne jest, aby zrozumieć, co dokładnie i w jakim celu jest modyfikowany. W tym sensie rozwój transgenicznych roślin rolniczych do tej pory w większości odbywały się w nurcie tej samej “zielonej rewolucji” 1950: zdecydowana większość odmian została opracowana w celu zwiększenia odporności na szkodniki i pestycydy. Tymczasem ten podejście zrodził się cały bukiet ekologicznych, ekonomicznych i społecznych problemów. Rośnie zrozumienie potrzeby zmian. Oczywiście, że opcja powrotu do ekologicznego rolnictwa równie нежизнеспособен, jak pomysł przejścia na transport kołowy dla walki z korkami samochodowymi.

W 2008 roku nastąpił gwałtowny wzrost cen żywności, który jest następnie powtarzany w latach 2011 i 2012. Ponownie, jak w latach powojennych, w nowych podejściach do rolnictwa pojawił się oczywisty interes gospodarczy. Eksperci dochodzą do wniosku, że “Zielona rewolucja 2.0” stała się nieunikniona.

Praca chińskich genetyków daje kilka wskazówek na to, jaka ona będzie. Po pierwsze, w dużej mierze będzie wersji osiągnięć tej pierwszej rewolucji: genetyka w końcu zrozumieli na poziomie molekularnym, na czym opierały się osiągnięcia hodowców połowy XX wieku, i już jest w stanie dostosować te efekty, które są niepożądane. Po drugie, ta rewolucja będzie opierać się na znacznie głębszym rozumieniu genetyki i fizjologii roślin. Liczba zrozumiałych genomów roślin wyższych zbliża się do stu, a teraz do nich dołącza genom pszenicy — głównego (wraz z ryżem) kultury rośliny ludzkości. Pojawiła się możliwość najcieńszą sposób modyfikować odmiany roślin w interesie ludzkości, biorąc pod uwagę nie tylko jego potrzeb gospodarczych, ale i ekologicznych alarmów.

Co z tego wyjdzie, wszyscy pewnie wkrótce zobaczymy. Może być, “Zielona rewolucja 2.0” to bardzo delikatnie powiedziane.