راهكار مهندسي ژنتيك براي مبارزه با تغييرات اقليمي
آرماند سگوين، بيش از ۲۰ سال پيش اولين درخت اصلاح ژنتيكي شده خود را كه يك صنوبر بود، در ايستگاه پژوهشي در شمال شهر كبك در كانادا كاشت. چند سال بعد، صدها كاج نوئل كه درجهت مقاومت دربرابر آفاتي كه آنها را ميكشد، طراحي شده بودند، به اين درخت پيوستند. وي گفت: «براي من، اين چيزي نبود كه بخواهيم مقياس آن را وسيعتر كنيم، اما اثبات مفهوم بود. ثابت كرديم كه اين كار ممكن است.»
سگوين دانشمند پژوهشگر درزمينهي ژنوميك جنگل با همكاري سازمان جنگلداري كانادا، DNA باكتريايي را وارد كاجهاي نوئل كرد كه موجب مقاوم شدن آنها در برابر كرم جوانهخوار كاج شد. كرمهاي جوانهخوار كاج طي يك شيوع ميتوانند برگهاي سوزني دهها ميليون هكتار درخت را بجوند.
نهالهاي كاج نوئل اصلاح ژنتيكي شده، اولين درختان تغيير يافته ژنتيكي كانادا بودند كه در فضاي باز كاشته شدند. آنها در سال ۲۰۰۷ بهعنوان بخشي از توافقنامه پژوهشي سگوين با سازمان جنگلداري كانادا عمدا نابود شدند
درحاليكه درزمينهي مهندسي ژنتيك اختلافانديشه متخصصينهايي وجود دارد، برخي دانشمندان ميگويند اين رويكرد با ايجاد درختاني كه داراي رشد سريعتري بوده، اندازهي بزرگتري دارند و دربرابر بيماري مقاوم هستند و حتي ميتوانند كربن را به پودر سفيد پايداري تبديل كنند كه به زمين ميريزد، ميتوانند به مبارزه با تغييرات اقليمي كمك كنند؛ بهعبارتديگر، ايجاد درختاني كه ازانديشه متخصصين جذب كربن از اتمسفر بهتر باشند. سگوين گفت: «اكنون راهحلهايي وجود دارد كه با استفاده از آنها ميتوانيد ارگانيسمها را ازانديشه متخصصين ژنتيكي درجهت كاهش مصرف مواد شيميايي و بهبود ترسيب كربن اصلاح كنيد و اين كار نهتنها ازطريق بهبود فتوسنتز، بلكه ازطريق مقاومتر كردن آنها دربرابر محيط »
لوسي شارات از شبكه اقدام بيوتكنولوژي كانادا (CBAN) كه درزمينهي مسائل مرتبط با مهندسي ژنتيك در غذا و كشاورزي پژوهش، نظارت و اطلاعرساني ميكند، گفت برخي از نگرانيهاي مرتبط با مهندسي ژنتيك شامل خطرات زيستمحيطي، ادعاهاي مختلف درمورد ايمني و عدم مشاركت عمومي ميشوند. او گفت: «مزارع متشكل از درختاني كه رشد سريعي دارند، آزمايش بزرگ و خطرناكي است كه اكوسيستمهاي جنگل را تهديد خواهد كرد.»
اما چالش اضطراري تغييرات اقليمي، درختان و جنگلها را به مركز توجه براي كاهش كربن اتمسفري تبديل كرده است. در گزارشي كه در ماه سپتامبر منتشر شد، بنياد نوآوري و فناوري اطلاعات آمريكا (ITIF) كه راهكارهايي را براي حوزههاي مختلف نوآوري مانند بيوتكنولوژي ارائه ميدهد، گفت كه اصلاح ژنتيكي درختان بهعنوان مخازن كربن ميتواند به كنترل تغييرات اقليمي كمك كند. وال گيدينگز، متخصص ژنتيك و عضو ارشد بنياد مذكور گفت: «روشهاي مختلفي وجود كه از آن طريق ميتوان جنگلها را به مخزنهاي كربن بهتري تبديل كرد. اما من بهعنوان اولين راهكار، ويرايش ژن را پيشنهاد ميكنم.»
در سالهاي اخير، دولتها ايده كاشت درختان بيشتر را بهعنوان راهي براي مبارزه با تغييرات اقليمي پذيرفتهاند. كشورهاي مختلف جهان طي توافقنامه پاريس متعهد شدند كه گرمايش جهاني را در حد كمتر از ۲ درجه سانتيگراد (بهطور ايدهآل تا ۱/۵ درجه سانتيگراد) بالاتر از سطح پيش از دوران صنعتي شدن حفظ كنند و براي جبران انتشارات كربني به كشت وسيع درختان روي آوردهاند. در جريان مبارزه انتخاباتي براي آخرين انتخابات فدرال كانادا در سال ۲۰۱۹، ليبرالهاي طرفدار جاستين ترودو قول دادند كه تا سال ۲۰۳۰ دو ميليارد درخت بكارند تا به كانادا براي رسيدن به انتشارات خالص صفر تا سال ۲۰۵۰ كمك كنند.
استفاده از درختان براي مبارزه دربرابر تغييرات اقليمي مبتنيبر اين ايده است كه كاشت درختان بيشتر، فتوسنتز را افزايش ميدهد. فتوسنتز مكانيسمي است كه طي آن گياهان كربندياكسيد را به اكسيژن قابل تنفس تبديل ميكنند. كربن به زيستتوده تبديل ميشود (برگ، ساقه و ريشه) يا در خاك ذخيره ميشود و به مخازن طبيعي كربن تبديل ميشود. اما كربني كه درختان در خود ذخيره ميكنند، براي هميشه در آنها نميماند. آنها ميتوانند ازطريق تنفس آن را به اتمسفر برگردانند و رويدادهايي مانند آتشسوزي جنگل و هجوم حشرات موجب ميشود درختان كربن ذخيرهشده در بافتهاي خود را حين سوختن يا پوسيدگي آزاد كنند. مخازن كارآمد كربن به اكوسيستمهاي سالم و مقاوم بستگي دارد. به همين علت است كه دانشمنداني مانند سگوين و گيدينگز ميگويند مهندسي ژنتيك گياهان درجهت مقاومت دربرابر آفات ميتواند مفيد باشد.
آفاتي كه تا بهار زنده ميمانند
گيدينگز گفت ازجمله چالشهاي زيستمحيطي ناشياز گرمايش زمين، اين واقعيت است كه بسياري از آفات كه معمولا درجريان زمستان از بين ميروند، اكنون تا بهار زنده ميمانند. او گفت: «سوسكهاي پوستهنشين اكنون قدرت زندهماني بهتري دارند و محدودهي خود را گسترش ميدهند. اگر بتوانيد راههايي پيدا كنيد تا ژنهاي درختان اين جنگل را ويرايش كنيد تا دربرابر اين آفت مقاومت كنند، مزيت بزرگي خواهد بود.»
براساس گزارشي كه سازمان منابع طبيعي كانادا در سال ۲۰۱۸ منتشر كرد، پس از آتشسوزيها، شيوع حشرات دومين تأثير را در مخازن كربن كانادا دارد و ميتواند يك اكوسيستم را ويران كند. امروزه كانادا درحال مبارزه با شيوع نوعي سوسك پوستهنشين است كه از دههي ۱۹۹۰ آغاز شده است. بهگفتهي سازمان مذكور، از آن زمان سوسك كاج كوهي (گونهاي از سوسك پوستهنشين كه در آمريكا و كانادا زندگي ميكند) بيش از ۱۸ ميليون هكتار جنگل را تحتتأثير قرار داده است. سگوين گفت: «آفاتي مانند سوسك كاج كوهي وجود دارند كه در سمت غرب درختان كاج را ميخورند و همچنين هنگام خشكساليها جنگلها آتش ميگيرند. اكنون، ما بيش از هميشه در سازمان جنگلداري كانادا متخصص كارشناس آتشسوزي داريم، زيرا جنگلهاي ما دچار آتشسوزيهاي بسياري ميشود.»
سوسكهاي كاج كوهي جنگلها را در محدودهي اطراف هينتون در كانادا ويران كردهاند. تلاشهاي فعلي براي كنترل شيوع سوسك درجهت ازبينبردن و سوزاندن درختان آلوده با برداشت آنها است
آتشسوزيهاي جنگل مقادير عظيمي كربن را به اتمسفر بازميگردانند. در سال ۲۰۱۷ كه بزرگترين فصل آتشسوزي ثبتشده در بريتيش كلمبيا بود، حدود ۱۹۰ ميليون تن گاز گلخانهاي وارد اتمسفر شد كه تقريبا سه برابر ردپاي كربني سالانهي اين استان است.
همه درختان برابر نيستند
در دنياي ترسيب كربن، تمام درختان با هم يكسان نيستند و سن و اندازهي آنها اهميت دارد. درختان بزرگتر و مسنتر ازلحاظ ذخيره كربن بهتر هستند. پژوهشها نشان ميدهد كه درختان بيشتر كربن ذخيرهشده را در يك چهارم آخر زندگي خود جمع ميكنند و يك درصد بزرگترين درختان جهان، مسئول ذخيره كردن ۵۰ درصد از كربن جنگلهاي خود هستند. بااينحال، رسيدن به آن نقطه ممكن است صدها يا حتي هزاران سال طول بكشد. گيدينگز گفت ممكن است راهحل ژنتيكي براي آن وجود داشته باشد كه طي آن درختي كه با ويرايش ژن ايجاد ميشود، بتواند دو برابر سريعتر از حالت طبيعي رشد كند و در نصف آن زمان، دو برابر كربن بيشتري ذخيره كند.
اينكه گياهان را به گونهاي تغيير دهيم تا فرايند فتوسنتز داراي بازده كمتر را با فرايند پربازدهتري عوض كنند يا درختان را مهندسي كنيم كه مقداري از كربني را كه جذب ميكنند به پودر سفيد پايداري تبديل كنند كه درخت آن را دوباره وارد اتمسفر نميكند، دو راهحل ممكن است كه پروفسور چارلز دليسي از گروه مهندسي زيستپزشكي دانشگاه بوستون به آنها اشاره ميكند. وي درباره تغييرات اقليمي گفت راهحلهاي بيوتكنولوژي براي كاهش كربن، در زمانيكه بسياري از اكوسيستمهاي درحال رسيدن به نقاط بحراني سرازيري خود هستند، فايدهاي ندارد. دليسي گفت: «در نقطهاي قرار داريم كه در مواردي ديگر اهميتي ندارد كه چه كاري انجام ميدهيم. ما بايد كربن را از اتمسفر خارج كنيم.»
مهندسي درختاني كه مقداري از كربن خود را به كلسيم كربنات پودرمانندي تبديل كنند، ميتواند راهكار ممكني باشد، زيرا مسيرهاي توليد آن كاملا مشخص است. چنين درختي محصول جامدي را توليد ميكند كه نميتواند آزاد شده و وارد اتمسفر شود و روي زمين ميافتد و ميتواند بهعنوان ماده خام برداشت شود. دليسي گفت: «اگر مرحلهي بازيافت را با تبديل بخشي از كربن به تركيبي كه پايدار است و نميتواند دوباره به اتمسفر برگردد، اصلاح كنيم، تأثير فوقالعادهاي را شاهد خواهيم بود.»
جنگلهاي كانادا حدود ۹ درصد از كل جنگلهاي جهان را تشكيل ميدهد. مهندسي ژنتيك ميتواند آنها را به مخزنهاي كربن بهتري تبديل كند
اثرات ناخواسته
گيدينگز گفت پيشرفتهايي اخير درزمينهي فناوريهاي ژنتيكي، ويرايش ژن را سريعتر و دقيقتر كرده است. بسياري از راهحلهاي ژنتيكي براي تغييرات اقليمي، استفاده از كريسپر را پيشنهاد ميكند كه قطعههاي ويژهاي از DNA هستند كه دانشمندان از آنها بهعنوان ابزار ويرايش ژن براي اصلاح دقيق ژنوم ارگانيسم بدون وارد كردن مواد ژنتيكي خارجي استفاده ميكنند.
البته ويرايشهاي دقيق لاخبار تخصصيا به پيامدهاي دقيق منجر نميشوند. براي مثال CRISPR-Cas9 بهعنوان فناوري بسيار مفيدي براي ويرايش ژن درانديشه متخصصين گرفته ميشود اما ميتواند موجب ايجاد تغييرات ناخواسته در ژنهاي ديگر شود. مطالعهاي كه اوايل سال جاري منتشر شد، حاكياز آن بود كه اين اثرات ناخواسته خارج از هدف ميتوانند قطعههاي بزرگي از مواد ژنتيكي را حذف كنند و موجب جهشهاي ژنتيكي كشنده در حيوانات و گياهان شوند.
در گزارشي كه در سال ۲۰۲۰ درباره ويرايش ژنوم در مواد غذايي و كشاورزي منتشر شد، شبكه اقدام بيوتكنولوژي كانادا گفت درحاليكه مقالههاي منتشرشده اثبات مفهوم زيادي درمورد دستاوردهاي احتمالي ويرايش ژنوم وجود دارد، مطالعاتي كه به اثرات زيستمحيطي احتمالي ميپردازند، كنار گذاشته ميشود. شبكهي مذكور اخيرا گفته است كه تاكنون هيچ درخت اصلاح ژنتيكي شده براي استفاده در حفاظت از جنگلها در آمريكاي شمالي مجوز نگرفته است. البته واريتهاي از شاه بلوط آمريكايي به نام دارلينگ ۵۸ ممكن است بهزودي از اين قاعده مستثني شود. پژوهشگران دانشكده علوم زيستمحيطي و جنگلداري دانشگاه نيويورك درخت مذكور را مهندسي كردهاند تا دربرابر بيماري آتشك كه بيشتر همتايان اين درخت را در آمريكاي شمالي از بين برده است، مقاوم باشد.
كانادا قصد دارد تا سال ۲۰۵۰ ميزان انتشارات خود را به صفر خالص برساند. براي دانشمنداني نظير سگوين چشمپوشي از متخصصدهاي سودمند مهندسي ژنتيك، فرصتي از دست رفته است. او ميگويد: «فكر نميكنم ويرايش ژن كل راهحل باشد، اما بخشي از آن است.»
هم انديشي ها