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转基因树木

Lead Image©Mulderphoto / Adobe Stock

当他第一次弄湿他的环境时,查尔斯特丽西在年级学校。当时,他喜欢在森林里玩。幸运的是他,他住在一个非常树林的地区。树木充满了他的邻居。但是,当他进入高中时,他的许多心爱的树木都被弥补了,他描述为他青春期的最悲伤的事件之一。

现在Delisi说,我们正在接近另一点大型自然游乐场将消失,就像他心爱的森林一样,但在较大的规模上。人类每年都会将400亿吨二氧化碳释放到大气中 - 一个速度,未经检查,可能会产生严重后果。

“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Delisi说,突破甚至还不够。我们必须找到一种方法来吸入大气层 - 更多。

他说:“如果两者都不做,你就不会走得很远。”他希望将“碳减排”技术引入到与转基因树木的对话中。

去年,Delisi组织了一支重型击球手阵的研讨会 - 爵士罗伯茨(Biochemist,诺贝尔奖Laureate),Val Giddings(信息技术和创新基金会的遗传学家),以及橡树岭国家的研究人员实验室 - 创造解决方案,如转基因碳饥饿的树木。

他们很接近。

增压般的树木,自然的自然补救措施

这个想法很简单:利用树木来对抗气候变化,方法是加强它们已经做得很好的事情——从大气中吸收二氧化碳。

树木采用大气二氧化碳,并通过光合作用转变为氧气和碳。然后他们将氧气释放到我们呼吸的空气中并将碳存放在叶子,根部和躯干中。

“即使我们停止了,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。珊瑚的全部崩溃系统。”

查尔斯德丽西

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。

一个完美的世界将平衡进入大气层的过程 - 反之亦然。但增加了通过工业过程发出的二氧化碳人的盈余,如燃烧化石燃料或膨胀农业,而系统则不堪重负。大自然不能跟上。

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?

当涉及碳封存时,年龄和大小。碳吸收率随着树龄而加速,在其生命的最后阶段积累了大部分储存的碳。大型旧成长树是地球上的一些最大的碳仓库。这最大的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,这些科学家想利用基因工程来加快它们的生长速度,这样它们就可以在20到50年内达到“老生长”状态,在更短的时间内吸收更多的碳。此外,即使树木被砍倒、死亡或烧毁,根系中储存的碳也会被困在土壤下面。拥有深根的树木可以吸收更多的碳。

DeLisi说,转基因树木甚至可以通过编程将捕获的碳转化为一种白色的碳酸钙物质,这样可以防止树木腐烂后的碳再次释放。这种材料甚至可以收集并用作塑料或其他耐用材料的天然原料。

这个想法很简单:利用树木来对抗气候变化,方法是加强它们已经做得很好的事情——从大气中吸收二氧化碳。

Delisi表示将二氧化碳转化成碳酸钙的生物途径已经很好地理解 - 珊瑚。从理论上讲,科学家可以将这些途径转移到树木,汇集碳和将树干转向超硬木材,适用于建筑物和其他结构。

信息技术和创新基金会(一个致力于技术创新和公共政策的智库)的遗传学家Val Giddings说:“如果你砍伐(树木)来为建筑提供结构木材,那将会把碳锁起来相当长一段时间。”

“这在大气中衰减现有的碳储层,并购买了额外的永久地质存储库的时间。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。

其他解决方案,如工业洗涤器,即吸收大气中的碳,昂贵且较低的效率。太阳能地理工程 - 将硫酸喷洒到大气中以阻挡太阳的热量 - 可能产生意外的后果,并且不会在大气中解决碳积累。为什么不汤自然的自然补救措施?

有些人已经在努力让它发生

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。

她说她的初创公司不到两岁,正在以“隐形模式”运作。他们已经在风险投资资金中提高了数百万。他们的工作大多是专有的,但她说他们已经在地上有幼苗,树木将在今年年底之前准备好。

冒险生意

但转基因生物有冲突史。一些科学家们担心环境风险,担心不可逆转地改变森林生态学。他们说,人类物种已经纠正了这个星球。

Ricarda Steinbrecher是一个分子遗传学家,即使是CRISPR等进步,她认为这是一个“优秀的研究工具,了解更多关于基因,其功能,监管,互动和依赖关系”,有风险转基因树木。

“调查和理解的可能性是有限的,特别是在考虑到不仅仅是树木的复杂性时,而且它们是他们的一部分,而且在时间和空间中,”她在一封电子邮件中说道。

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,“她写道2008年 - 她说它仍然持有今天。

美国栗子研究与恢复方案总监生物学家William Powell欣赏这些问题。他说,重要的是要看一下转基因树的生态背景(并且需要由美国农业部批准,该部门规定了GMO树可以释放到野外的部门)。

转基因树木

安迪纽屋和Vanessa gravenstine在温室里的美国栗树上工作。信誉:阳光环境科学与林业学院

鲍威尔在美国栗树上的工作始于2006年。一只真菌抹去了美国栗子,但许多根源仍然是因为真菌不能渗透土壤。现在,一棵新树可以从根系系统中萌芽,但如果它们比灌木高比灌木更高,枯萎会再次杀死地面。

为了拯救这个物种,鲍威尔把小麦植株的一个必要基因转移到美国栗子细胞中。这种基因增强了对导致枯萎病的真菌的抵抗力。

他正在进行一系列环境测试,以确保他的改良美洲栗子是真正的美洲栗子:坚果营养一样,落叶不会伤害昆虫,等等。

到目前为止,一切顺利,他说。

但是鲍威尔担心转基因作物的坏名声。尽管几乎一致的科学共识认为转基因生物是安全的,但许多美国人对转基因生物,尤其是食品中的转基因生物持谨慎态度。事实上,鲍威尔说,基因工程和基因编辑比传统的改良植物的方法——杂交育种——产生的意想不到的后果要少。

“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。

在科学家可以做基因工程和基因编辑之前,农民和科学家通过杂交来改变植物的基因。但这样做可以引入数千个额外的基因,新的变体和意外变化。随着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。

“我认为,主要的风险在于行动不够迅速,未能抓住这个机会。”

Val吉丁斯

“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)实际上对诸如保护这样的事情更好,因为你保持了树木的完整性,你做的是相同的,只是做了非常小的改变,”他补充说,转基因作物也是如此。

最初,作为一个转基因怀疑论者,Val Giddings, DeLisi的遗传学家团队中的一员,花了40年的时间“小心翼翼”——寻找风险和评估与转基因树木相关的风险。最终,和鲍威尔一样,他没有发现任何令人担忧的后果。

“我可以说,尽管在寻找与使用这些基因工程技术相关的新问题时投入了大量的血和宝藏,以改善各种作物或牲畜,但没有人提出一个小说问题,”他说。

“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。

但这是我们熟悉的问题。

“我看到的原则风险不足以利用这个机会,”他说。

作物与森林

Rutgers大学的Emeritus教授Martin Bunzl重申Steinbrecher关于未知风险的情绪。他说,我们应该关注新品种树木的潜在敲门后果。

“我们不知道这种相互依赖是什么,也不知道调整这种相互依赖的时间尺度会有什么影响,”他说。但他并不是反转基因——他实际上更倾向于将转基因作物作为气候变化的解决方案,而不是树木。

由于作物是每年种植和收获的,时间跨度更短,因此,研究和评估涉及的风险更可行。此外,农民每年购买和种植作物,因此转基因作物已经有了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,生长在索尔克气候控制的生长室内之一。信贷:索尔克研究所

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。

在作物和树木的争论上,他是中立的。他说,通过加强这些自然过程,利用自然来解决气候危机有相当大的潜力。

他说:“在这个领域使用基因工程来减缓气候变化的亲力亲为越多越好。”

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