Благие намерения и инженерные организмы, убивающие пшеницу
Элейн Ингхэм, Университет штата Орегон
Генетически модифицированная klebsiella-planticola оказала разрушительное воздействие на растения пшеницы, в то время как в тех же установках, в том же инкубаторе родительские бактерии не привели к гибели растений пшеницы.
Учтите, что родительский вид бактерий растет в корневой системе каждого растения, которое было обследовано на наличие klebsiella. Бактерия также растет на растительном опаде и разлагает его. Это очень распространенный почвенный организм. Это довольно агрессивный почвенный микроорганизм, который питается выделениями, выделяемыми корнями всех растений, произрастающих в почве. Эта бактерия была выбрана для модификация именно по этим причинам: агрессивный рост на растительных остатках.
Сжигание растительных остатков на полях для предотвращения болезней является серьезной причиной загрязнения воздуха на всей территории США. В штате Орегон люди погибли из-за того, что облако от горящих полей перекинулось через шоссе и стало причиной массовых аварий с участием нескольких автомобилей. Чтобы избавиться от растительных остатков, потребовался другой способ. Если бы у нас был организм, который мог бы разлагать растительный материал и производить из него спирт, тогда у нас была бы беспроигрышная ситуация. Продукт, который можно продавать, и от растительных остатков можно избавляться, не сжигая. Мы могли бы добавлять его в бензин. Мы могли бы готовить на нем. Мы могли бы пить травяное вино, хотя о том, будет ли оно вкусным, можно только догадываться. В любом случае, существует множество способов применения алкоголя.
Итак, гены были взяты из другой бактерии и помещены в klebsiella-planticola в нужном месте, чтобы привело к производству алкоголя. Как только это было сделано, планировалось собрать растительные остатки с полей, сложить их в контейнеры и добавить клебсиеллу плантиколу. Но клебсиелла будет выделять спирт, чего обычно не происходит. Производство спирта будет осуществляться в ведре в сарае. Но что вы будете делать с осадком, который останется на дне ведра после разложения растительного сырья?
Подумайте о винной или пивной бочке после того, как вино или пиво были изготовлены. На дне остается хороший толстый слой осадка. После разложения растительного сырья клебсиеллой-плантиколой осадок, оставшийся на дне, будет богат азотом, фосфором, серой, магнием и кальцием - всеми теми веществами, из которых получается совершенно замечательное удобрение. Тогда этот материал можно было бы использовать в качестве удобрения, и в этой системе вообще не было бы отходов. Беспроигрышная ситуация.
Но мы с коллегами задались вопросом: каков эффект от внесения осадка на поля? Будет ли в нем содержаться живая клебсиелла-плантикола, предназначенная для производства спирта? Да, будет. Как только осадок будет разбросан по полям в качестве удобрения, попадет ли клебсиелла-плантикола в корневую систему? Повлияет ли это на экологический баланс, на биологическую целостность экосистемы или на сельскохозяйственную почву, на которую будет внесено удобрение?
Один из экспериментов, который Майкл Холмс провел для своей докторской работы, заключался в том, чтобы принести в лабораторию обычную сельскохозяйственную почву, просеять ее, чтобы она была однородной, и поместить в небольшие контейнеры. Мы протестировали его, чтобы убедиться, что он не потерял ни одного из типичных почвенных организмов, и действительно, мы обнаружили в почве очень типичную почвенную пищевую сеть. Мы разложили почву по пол-литровым банкам, положили в каждую по стерильному саженцу пшеницы и убедились, что каждая банка такая же, как и все остальные.
В третью часть банок мы просто добавили воды. Еще в одну треть банок был добавлен неинженерный микроорганизм Klebsiella-planticola, исходный организм. В последнюю треть банок был добавлен генетически модифицированный микроорганизм.
Растения пшеницы довольно хорошо росли в стеклянных банках в лабораторном инкубаторе примерно неделю после того, как мы начали эксперимент. Однажды утром мы пришли в лабораторию, открыли инкубатор и подумали: “Боже мой, некоторые растения погибли. Что случилось? Что мы сделали не так?” Мы начали вынимать банки из инкубатора. Когда мы закончили разбирать банки, мы обнаружили, что все генно-инженерные растения в банках погибли. Пшеница с родительской бактерией, обычной бактерией, была жива и хорошо росла. Растения пшеницы, обработанные только водой, были живы и хорошо росли.
Исходя из этого эксперимента, мы можем предположить, что с этим генетически модифицированным микроорганизмом есть проблема. Логическая экстраполяция этого эксперимента заключается в предположении, что возможно создать генетически модифицированный микроорганизм, который уничтожил бы все наземные растения. Поскольку клебсиелла-плантикола присутствует в корневой системе всех наземных растений, предположительно, все наземные растения подвержены риску.
Итак, что же делает клебсиелла-плантикола в корневой системе? Исходная бактерия образует слой слизи, который помогает ей прилипать к корням растения. Модифицированная бактерия выделяет около 17 частей спирта на миллион. Каков уровень содержания спирта, токсичного для корней? Примерно одна часть на миллион. Модифицированная бактерия опьяняет растения и убивает их.
Но я не пытаюсь сказать, что все генетически модифицированные организмы - это технологический кошмар. Я хочу сказать, что мы должны протестировать каждый генетически модифицированный организм и убедиться, что он действительно не оказывает неожиданного воздействия.
Они должны быть протестированы в условиях, приближенных к реальной ситуации в мире. Я работала с сотрудниками Агентства по охране окружающей среды (EPA) и знаю, какие тесты оно проводит на организмах. Они часто начинают свои тесты со “стерильной почвы”. Но если это стерильная почва, то это не совсем почва. Почва подразумевает присутствие живых организмов. Если вы используете “стерильную почву” и добавляете к этому стерильному материалу генно-инженерный организм, сможете ли вы увидеть влияние этого организма на процесс круговорота питательных веществ или на другие организмы в этой системе? Нет, вряд ли. Поэтому, вероятно, неудивительно, что при тестировании генно-инженерных организмов в стерильной почве не обнаруживается никаких экологических последствий. Им действительно нужно создать тестирующие системы, которые оценивали бы воздействие тестируемого организма на все организмы, присутствующие в почве
Что мы имеем в виду с точки зрения организма, когда говорим о почве? В чайной ложке сельскохозяйственной почвы должно содержаться 600 миллионов бактерий. В чайной ложке почвы должно быть около трех миль грибковых гиф. В чайной ложке почвы должно быть 10 000 простейших и от 20 до 30 полезных нематод. Нематод, питающихся корнями, не должно быть. Если в почве есть нематоды, питающиеся корнями, это свидетельствует о заболевании почвы.
На квадратном метре почвы на глубине 10 дюймов должно быть примерно 200 000 микроартропод. Все эти организмы должны присутствовать в здоровой почве. Если эти условия присутствуют в сельскохозяйственной почве, то будет обеспечено адекватное подавление заболеваний, так что отпадет необходимость в применении фунгицидов, бактерицидов или нематоцидов. От 40 до 80% корневой системы растений должно быть заселено микоризными грибами, которые защитят корни от болезней.
Что происходит, когда вы вносите в почву наибольшее количество фунгицидов и пестицидов? В каждом отдельном случае, когда мы рассматривали воздействие пестицидов на пищевую среду, оказывалось воздействие, не направленное на организм, и, как правило, очень пагубное. Количество полезных организмов, которые подавляют болезни, сокращалось. Организмы, которые перерабатывают азот из недоступных растениям форм в доступные для растений, погибают. Организмы, которые удерживают азот, фосфор, серу, магний, кальций и т.д., погибают. Организмы, которые удерживают питательные вещества в почве, погибают. Как только эти питательные вещества исчезают, куда деваются эти питательные вещества? Они попадают в нашу питьевую воду или в грунтовые воды. Вы и я, как налогоплательщики, должны платить за очистку этой воды, чтобы мы могли ее пить.
Разве не было бы гораздо разумнее сохранить присутствие этих организмов в почве, чтобы эти питательные вещества сохранялись и становились доступными для следующего урожая растений, а не попадали в питьевую воду, за которую нам приходится платить, чтобы иметь чистую питьевую воду? Как вы это делаете? Вы возвращаете организмы обратно в почву. Если вы выращиваете нужное количество и виды бактерий, грибков, простейших, нематод и микроартропод, микоризных грибов в корневой системе растений, вы можете отказаться от пестицидов. Этого реально делают. Мы можем значительно сократить количество удобрений, вносимых в почву. В экспериментах, которые проводились по всей стране и по всему миру, использование неорганических удобрений было сокращено или не вносилось вовсе, что не замедлило рост растений. Там, где нет сидератов или бобовых культур, все равно необходимо вносить примерно 40 фунтов азотных удобрений раз в четыре года.
Давайте поговорим о том, почему современные традиционные сельскохозяйственные системы требуют такого большого количества пестицидов и удобрений. Например, при первой вспашке здоровой почвы на местных пастбищах в ней присутствуют бактерии и грибки, подавляющие болезни, простейшие и нематоды. В течение первых 5-15 лет после вспашки местных пастбищ вам не нужно использовать пестициды. Удобрения не требуются, поскольку происходит естественный круговорот питательных веществ, естественное удержание азота и подавление болезней. Вспахивая почву, вы начинаете уничтожать полезные организмы, теряете органическое вещество и лишаетесь пищи, которой питаются полезные организмы. Примерно через 10-15 лет, если вы не добавляете достаточное количество растительных остатков для питания этих организмов, вы теряете их и начинаете испытывать серьезные проблемы с болезнями. Тогда вы либо покидаете эту землю и занимаетесь сельским хозяйством в другом месте, либо в США мы используем удобрения для поддержания высоких урожаев. По мере того как все больше и больше организмов погибало от воздействия солей, содержащихся в удобрениях, и из-за постоянной вспашки уничтожалось все больше и больше органического вещества, что приводило к гибели полезных организмов, болезни становились серьезной проблемой. И мы начали использовать все больше и больше пестицидов, чтобы победить болезнь.
В Калифорнии примерно в 1955 году проблемы с этими болезнями стали настолько серьезными, что, по их мнению, они могут привести к потере сельскохозяйственного производства. Поэтому Калифорнийский университет придумал лучший способ уничтожения этих болезнетворных организмов. Он называется бромистый метил. Это химическое вещество убивает болезнетворные организмы, но оно также убивает и все остальное. В сельскохозяйственных почвах Калифорнии практически не проводится естественная борьба с болезнями.
Сколько организмов осталось на клубничных плантациях, которые подвергались обработке бромистым метилом 2-3 раза в год в течение последних 14 лет? Микроартроподов не осталось. Полезных нематод не осталось; остались только нематоды, питающиеся корнями. И некому бороться с корневыми нематодами в этих почвах. Сколько простейших осталось в этой почве? Никто. Вы не можете перерабатывать питательные вещества. Дома нет никого, кто мог бы обеспечить растения азотом. Так что же вам нужно делать? Вы должны внести удобрение. Мы заставляем себя вносить удобрения. У нас нет другого выбора, если вы собираетесь выращивать эти растения на таких почвах.
Сколько грибов осталось в этой почве? Полезных грибов нет - все они вызывают болезни. Сколько бактерий осталось? Все они исчезли, за исключением 100 на грамм почвы. В этой почве их должно быть 600 миллионов на чайную ложку, а у нас осталось 100. В этих почвах не осталось ничего, что могло бы удерживать азот, ничего. Итак, вы вносите удобрения. Что происходит с удобрением? Какое бы удобрение ни попало к корням растений, оно действительно впитывается; остальная часть его попадает через почву в грунтовые воды, в реку. Возьмем в качестве примера реку Санта-Мария в Калифорнии. На этой земле бромистый метил применялся 2-3 раза в год в течение последних 14 лет или более. Удобрение применяется в качестве подкормки при посадке клубники. Примерно через две недели уровень нитратов в реке повышается примерно до 150 частей на миллион. Каков уровень токсичности нитратов для человека? По данным Агентства по охране окружающей среды, содержание нитратов составляет десять частей на миллион. Раньше этот показатель составлял три части на миллион, но затем был увеличен. Можно ли пить воду из реки в долине Санта-Мария? Нет, если только вы не хотите умереть. Если вы будете пить такую воду, у вас очень быстро разрушатся почки. В ней много нитратов. Она настолько токсична, что вы даже не сможете поливать растения этой водой. Из-за высокого содержания нитратов растения сгорают.
У нас есть простое решение этой проблемы. Посадите нужные виды организмов в нужном количестве обратно в почву и дайте им снова начать выполнять свои функции. Внесите в почву пищу для организмов; посадите организмы обратно в почву. Это так просто. Пришлите нам образцы вашей почвы, и мы сможем сказать, есть ли в вашей почве такая пищевая сеть.
Как вы собираетесь устранить этот набор микроорганизмов, если у вас нет здоровой пищевой сети? Мы можем помочь вам с этим вопросом. Мы действительно можем приблизиться к тому времени, когда пестициды нам действительно больше не понадобятся, когда удобрения будут вноситься только раз в четыре года и в очень небольших количествах. Мы можем перейти к устойчивому сельскому хозяйству. Это требует времени и усилий, но возможно.