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转基因树木

引导图像©Mulderphoto / Adob​​e Stock

查尔斯·德里西(Charles DeLisi)上小学时,他第一次意识到自己的环境正在发生变化。那时,他喜欢在森林里玩耍。幸运的是,他住在一个树木繁茂的地方。他的社区里到处都是树。但是,当他进入高中时,他心爱的许多树都不见了——被粘住了,他说这是他青少年时期最悲伤的事件之一。

现在DeLisi说,我们正接近另一个临界点,大面积的自然游乐场将消失,就像他心爱的森林一样,但规模更大。人类每年向大气中排放400亿吨二氧化碳——如果不加以控制,这个速度可能会产生严重的后果。

“即使我们停止,今天去过零(碳排放),另一点将被添加到温度下。这将是一场灾难。它会有一个整体崩溃珊瑚系统,“他说。“这是一个巨大的,巨大的生活损失 - 整个生态和所有的鱼,依赖珊瑚礁的那些。”

转基因树木

信用:Jay Mantri / Upsplash

波士顿大学的生物医学工程师Delisi表示,政府到2050年达到零净碳排放的目标是雄心勃勃的。但即使我们击中它,即使我们仍然存在抵消需要一些排放。数十个国家,包括美国日本,U.K和德国,旨在抵消通过方法捕获的碳的任何剩余温室气体排放,例如直接空气捕获 - 巨型机器从大气中真空碳。

但是DeLisi说,不赔不赚是不够的。我们必须找到一种方法,从大气中吸收更多的气体——多得多。

“如果你不做两者,你就不会走得太远,”他说。他希望将“碳绘制”技术与转基因树木的对话。

去年,DeLisi组织了一个由重量级人物Richard Roberts爵士(生物化学家、诺贝尔奖得主、转基因生物的坚定倡导者)、Val Giddings(信息技术和创新基金会的遗传学家)和橡树岭国家实验室的研究人员组成的研讨会创造解决方案,比如对渴求碳的树木进行基因改造。

他们很接近。

树木,大自然的自然疗法

这个想法很简单:通过增强他们已经做得好的东西,使用树木改变气候变化 - 从大气中吸入二氧化碳。

树木吸收大气中的二氧化碳,并通过光合作用将其转化为氧气和碳。然后它们将氧气释放到我们呼吸的空气中,并将碳储存在它们的叶子、根和树干中。

他说:“即使我们现在停止碳排放,将碳排放降至零,在某种程度上,温度还会再升高0.4到0.5摄氏度。这将是一场灾难。珊瑚系统将会崩溃。”

查尔斯DeLisi

但天然碳储存不是永久性的。森林砍伐和森林火灾可以将其全部释放到大气中。甚至昆虫侵扰也会导致森林腐烂和释放碳。

一个完美的世界会平衡这个过程——进入大气的碳排放出来,反之亦然。但如果再加上人类通过燃烧化石燃料或大规模农业等工业过程排放的过剩二氧化碳,这个系统就不堪重负了。自然无法跟上。

Delisi和他的团队说,为什么不加级树木,所以他们可以跟上,通过基因工程树木生长更快或有更深的根源?

当谈到碳封存时,年龄和大小很重要。碳吸收速率随着树木年龄的增长而加快,在生命的最后阶段积累了大部分储存的碳。大型古树是地球上最大的碳库之一。的最大的1%树木大楼50%的碳困在全世界的树木中。但是,一棵新树可能需要数百甚至千年来达到那个年龄和大小。

现在,这些科学家希望利用基因工程加速其增长率,因此他们可以在20至50年内达到“旧的增长”状态,在更短的时间内吸收更多的碳。另外,即使树木切碎,模具或烧伤,储存在根部的碳陷入土壤下方。树木增强了深层根源可能会占用更多碳。

奖金:Delisi表示,均衡树木甚至可以被编程以将捕获的碳转化为白色碳酸钙物质,这可能会阻止如果树腐烂的再次释放碳。这种材料甚至可以收集并用作塑料或其他耐用材料的原料的天然来源。

这个想法很简单:通过增强他们已经做得好的东西,使用树木改变气候变化 - 从大气中吸入二氧化碳。

DeLisi说,将二氧化碳转化为碳酸钙的生物途径已经在珊瑚中得到了很好的了解。从理论上讲,科学家可以将这些路径转移到树木上,将碳封存起来,将树干变成超硬木材,适合建筑和其他结构。

“如果你正在切割(树木)以为建筑物提供结构木材,那将把碳锁定相当一段时间,”信息技术和创新基金会的遗传学家,智库致力于技术创新与公共政策。

“这就减少了大气中现有的碳储备,为开发更多、更永久的地质储存库争取了时间。”毫无疑问,这是对现状的改善。”

根据Delisi的说法,将经济替代品创建为化石燃料。但是,虽然他说,虽然美国可以转向可再生能源,但发展中国家难以制作开关。他们取决于化石燃料,因为它们更便宜。

其他的解决方案,比如从大气中吸收碳的工业洗涤器,成本高,效率低。太阳能地球工程——向大气中喷射硫酸来阻挡太阳的热量——可能会产生意想不到的后果,而且无法解决大气中的碳堆积问题。为什么不加入自然疗法呢?

有些人已经在努力实现这一目标

Maddie Hall是生物碳的创始人兼首席执行官,一个创业型成长,遗传修饰的杨树和能够比普通树更加浸泡更多二氧化碳的松树。

她说,她成立不到两年的初创公司正处于“隐形模式”。他们已经获得了数百万美元的风险投资。他们的工作基本上都是私有的,但她说他们已经在地里种了树苗,今年年底前就可以种好了。

冒险生意

但是转基因生物有一段冲突的历史。一些科学家担心环境风险,担心不可逆转地改变森林生态。他们说,人类物种对地球的修补已经够多了。

分子遗传学家里卡尔达·施泰因布雷彻(Ricarda Steinbrecher)说,即使有了CRISPR这样的进步——她认为CRISPR是“更好地了解基因、它们的功能、调控、相互作用和相互依赖的优秀研究工具”,基因工程树木仍然存在风险。

“调查和理解的可能性是有限的,尤其是考虑到不仅仅是树木的复杂性,还有它们所属的跨越时间和空间的生态系统的复杂性,”她在一封电子邮件中说。

因为树木花了很长时间才能成长并与许多系统有关,因此它们如此复杂,即“对GE(基因工程化)树木的巨大和充分的风险评估”是可能的,“她写了在2008年,她说它现在仍然有效。

生物学家威廉·鲍威尔是美国栗子研究和恢复项目的负责人,他对这些担忧表示赞赏。他说,研究转基因树木的生态环境至关重要(这需要得到美国农业部的批准,该部门负责监管哪些转基因树木可以被释放到野外)。

转基因树木

安迪·纽豪斯和凡妮莎·格雷文斯汀在温室里研究美国栗树。资料来源:纽约州立大学环境科学与林业学院

鲍威尔对美国栗树的研究始于2006年。一种真菌消灭了美洲板栗,但许多根保留了下来,因为真菌不能穿透土壤。现在,一棵新树可以从一个根系中发芽,但如果它们长得比灌木还高,枯萎病就会将其再次杀死。

为了拯救物种,鲍威尔将小麦植物转移到美国栗子细胞中。基因增强了对枯萎的真菌的抗性。

他正在进行一系列的环境测试,以确保他的改良美国栗子是一个真正的美国栗子:坚果和营养丰富,堕落的叶子不伤害昆虫等。

他说,到目前为止,如此美好。

但鲍威尔担心坏账转基因生物。许多美国人谨慎态度,主要是食物,尽管GMOS是安全的几乎一致的科学共识。事实上,鲍威尔表示,基因工程和基因编辑的意外后果比改性植物 - 杂种繁殖的老式方式较少。

“我们基本上在这里颠倒了一切。更安全的方式是曾经是人们更害怕的方式,”他说。

在科学家能够进行基因工程和基因编辑之前,农民和科学家通过杂交改变一种植物的基因。但这样做可能会引入数千个额外的基因、新的变异和意想不到的变化。利用CRISPR和其他新方法,他们可以专注于一次改变一个特定的基因。

“我看到的原则风险是没有足够快地移动,以利用这个机会。”

val gidings.

“与繁殖的人类繁殖,特别是繁殖杂种的旧方法,你服用两种物种的旧方法较不明显的后果,你越过它们。这会导致各种突变。它将基因混合在不同环境中开发的物种中的基因。”他说。

“(现代方法是)实际上对保护等物品更好,因为你保持了你的完整性,你正在制作同样的树木,只是做出非常小的变化,”GMO作物相同是真的。

最初是GMO怀疑论者,Val Giddings是Delisi的遗传学家团队之一,花了四十年的“小心” - 寻找危险和评估与转基因树木相关的风险。最终,像鲍威尔一样,他没有找到任何关于后果。

他说:“我可以说,尽管在寻找与利用这些基因工程技术制造改良作物或牲畜品种相关的新问题上投入了大量的鲜血和财富,但没有人提出新的问题。”

“有可能出现的潜在问题会与安全有关。但是他们都不是我们的新东西。所有这些都熟悉我们用古典植物育种的东西熟悉,”解释如果你植入一棵树干旱地区,它吸收太多的水,那是一个问题。

但这是我们已经熟悉的一类问题。

他表示:“我认为,主要的风险在于行动不够迅速,未能充分利用这一机遇。”

作物和森林

罗格斯大学(Rutgers University)名誉教授马丁•邦兹尔(Martin Bunzl)重申了施泰因布雷彻对未知风险的看法。他说,我们应该关注树木新品种的潜在连锁反应。

“我们不知道相互依存的是什么以及调整那个相互依存的时间尺度的内容,”他说。但他不是反转基因 - 他实际上有利于转基因作物作为气候变化的解决方案,而不是树木。

由于每年种植和收获作物,所以时间尺度较短,因此,研究和评估所涉及的风险更加可行。此外,农民每年购买和植物作物,所以转基因作物已经有一个内置的分配计划。

Salk生物学研究所的利用植物倡议导致靶向气候变化的转基因作物的费用。最近,他们进入了解背后的遗传秘诀浮萍,世界上增长最快的植物。他们希望创建一个优化的下一代工厂,以打击气候变化 - 具有独特的功能,如优步的根,耐害虫和快速增长率。

转基因树木

模型植物拟南芥的幼苗,在Salk的气候控制的生长室中生长。信贷:Salk Institute

沃尔夫冈·博布尔(Wolfgang Busch)是一个植物生物学家的倡议,表明即使收获作物,它们的根部也留在地上,锁定在土壤下方的碳较长。

当涉及作物与树木辩论时,他是非党派。他说,通过增强这些自然过程,利用性质来解决气候危机的潜力很大。

“这一领域的手工甲板越多,使用基因工程来缓解气候变化,更好,”他说。

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