Genetisk utviklede bioteknologiske trær kan være nøkkelen til å spare amerikanske skoger

Sammenlignet med genredigerte babyer i Kina og ambisiøse prosjekter for å redde ullmammutter fra utryddelse, kan biotekketrærene høres ganske tamme ut.

Men frigjøre genetisk konstruerte trær i skogene for å motvirke trusler mot skogs helse representerer en ny grense innen bioteknologi. Selv ettersom molekylærbiologiens teknikker er avanserte, har mennesker ennå ikke gitt ut en genetisk konstruert plante som er ment å spre og vedvare i et uhåndtert miljø. Biotech trær - genetisk konstruert eller gen-redigerte - tilbyr akkurat den muligheten.

En ting er klart: Truslene mot skogene våre er mange, og helsen til disse økosystemene blir verre. En 2012-vurdering fra US Forest Service estimerte at nesten syv prosent av skogene landsomfattende er i fare for å miste minst en fjerdedel av sin trevegetasjon innen 2027. Dette anslaget kan ikke høres for bekymrende, men det er 40 prosent høyere enn det forrige estimatet laget bare seks år tidligere.

I 2018, etter anmodning fra flere amerikanske føderale byråer og US Endowment for Forestry and Communities, dannet nasjonale akademier for vitenskap, teknologi og medisin en komité for å "undersøke potensiell bruk av bioteknologi for å redusere trusler mot skogstrøm." Eksperter, inkludert meg, en sosialforsker med fokus på nye bioteknologier, ble bedt om å "identifisere de økologiske, etiske og samfunnsmessige konsekvensene av distribusjon av bioteknologi i skogene, og utvikle en forskningsagenda for å løse kunnskapsbrister."

Våre utvalgsmedlemmer kom fra universiteter, føderale byråer og frivillige organisasjoner og representerte en rekke fagområder: molekylærbiologi, økonomi, skogsøkologi, lov, oppdrett, etikk, populasjonsgenetikk og sosiologi. Alle disse perspektiver var viktige for å vurdere de mange aspektene og utfordringene ved bruk av bioteknologi for å forbedre skogens helse.

En krise i amerikanske skoger

Klimaendringene er bare toppen av isfjellet. Skogene står overfor høyere temperaturer og tørke og mer skadedyr. Som varer og folk beveger seg rundt i verden, går enda flere insekter og patogener inn i våre skoger.

Vi fokuserte på fire casestudier for å illustrere bredden av skogstrusler. Emerald aske boreren kom fra Asia og forårsaker alvorlig dødelighet i fem arter av asketrær. Først oppdaget på amerikansk jord i 2002, hadde den spredt seg til 31 stater i mai 2018. Whitebark furu, en keystone og fundamentale arter i høye høyder i USA og Canada, er under angrep av den innfødte fjellpinebille og en introdusert sopp. Over halvparten av whitebark furu i Nord-Amerika og Canada har dødd.

Populærtrær er viktige for elverekosystemer samt for skogsindustrien. Et naturlig sopppatogen, Septoria musiva, har begynt å bevege seg vestover, angriper naturlige populasjoner av svart cottonwood i Pacific Northwest Forests og intensivt dyrket hybrid poppel i Ontario. Og den beryktede kastanjebrune, en sopp som ved et uhell ble introdusert fra Asia til Nord-Amerika i slutten av 1800-tallet, slettet ut milliarder amerikanske kastanjetrær.

Kan bioteknologi komme til redning? Burde det?

Det er komplisert

Selv om det er mange potensielle bruksområder av bioteknologi i skoger, som for eksempel genetisk insektsskade skadedyr for å undertrykke deres populasjoner, fokuserte vi spesielt på biotekttrener som kunne motstå skadedyr og patogener. Gjennom genteknologi kan for eksempel forskere sette inn gen, fra en lignende eller ikke-relaterte art, som hjelper et tre til å tåle eller bekjempe et insekt eller sopp.

Det er fristende å anta at buzz og entusiasme for genredigering vil sikre raske, enkle og billige løsninger på disse problemene. Men å lage et biotekntre vil ikke være lett. Trær er store og langsiktige, noe som betyr at forskning for å teste holdbarheten og stabiliteten til et introdusert trekk vil være dyrt og ta tiår eller lengre. Vi vet heller ikke nesten like mye om de komplekse og enorme genomene av trær, sammenlignet med labfavoritter som fruktfluer og sennepplanta, Arabidopsis.

I tillegg, fordi trær må overleve over tid og tilpasse seg forandrede miljøer, er det viktig å bevare og innlemme deres eksisterende genetiske mangfold i et hvilket som helst "nytt" tre. Gjennom evolusjonære prosesser har trepopulasjoner allerede mange viktige tilpasninger til varierte trusler, og å miste disse kan være katastrofale. Så selv det fanciest biotech-treet vil i siste instans avhenge av et gjennomtenkt og bevisst avlsprogram for å sikre langsiktig overlevelse. Av disse grunnene anbefaler Nasjonalt akademi for vitenskap, ingeniørfag og medisinutvalg økende investeringer, ikke bare innen bioteknologisk forskning, men også i avl, skogsøkologi og populasjonsgenetikk.

Oversiktsutfordringer

Utvalget oppdaget at den amerikanske samordnede rammen for regulering av bioteknologi, som distribuerer føderalt tilsyn med bioteknologiprodukter blant organer som EPA, USDA og FDA, er ikke fullt forberedt på å vurdere innføringen av et biotekttre for å forbedre skogens helse.

Mest åpenbart har regulatorene alltid krevd inneslutning av pollen og frø under bioteknologiske feltforsøk for å unngå rømming av genetisk materiale. For eksempel ble ikke bioteknekastan blomstret for å sikre at transgen pollen ikke ville blåse over landskapet under feltforsøk. Men hvis biotekketrær er ment å spre sine nye egenskaper, via frø og pollen, for å introdusere skadedyrsbestandighet over landskap, vil det bli nødvendig med studier av vill reproduksjon. Disse er foreløpig ikke tillatt før et biotekketre er fullstendig avregulert.

En annen mangel på dagens rammeverk er at noen biotekntrener kanskje ikke krever noen spesiell vurdering i det hele tatt. USDA, for eksempel, ble bedt om å vurdere en loblolly furu som var genetisk konstruert for større tre tetthet. Men fordi USDAs tilsynsmyndighet stammer fra overvåking av plantepestrisiko, bestemte den seg for at den ikke hadde noen regulerende myndighet over det bioteknologistreet. Lignende spørsmål forblir angående organismer hvis gener er redigert ved hjelp av nye verktøy som CRISPR.

Utvalget bemerket at amerikanske forskrifter ikke fremmer en helhetlig vurdering av skogs helse. Selv om den nasjonale miljøpolitiske loven noen ganger hjelper, er det lite sannsynlig at noen risikoer og mange mulige fordeler vil bli vurdert. Dette gjelder både biotekntrener og andre verktøy for å bekjempe skadedyr og patogener, som for eksempel treforedling, plantevernmidler og administrasjonspraksis.

Hvordan måler du verdien av en skog?

Nasjonalvitenskapelige fakultet for vitenskap, ingeniørvitenskap og medisin foreslår et rammeverk for "økosystemtjenester" for å vurdere de ulike måtene som trær og skoger gir mennesker til mennesker. Disse spenner fra utvinning av skogsprodukter til bruk av skog for rekreasjon til de økologiske tjenester som en skog gir - vannrensing, arterbeskyttelse og karbonlagring.

Utvalget anerkjente også at noen måter å verdsette skogen ikke passer inn i rammene for økosystemtjenesten. For eksempel, hvis skogene blir sett av noen for å ha "egenverdi", så har de verdier i seg selv, bortsett fra måten mennesker verdsetter dem og kanskje innebærer en form for moralsk forpliktelse til å beskytte og respektere dem. Utgaver av "villighet" og "naturlighet" er også overflate.

Wild Nature?

Paradoksalt nok kan et biotektre øke og redusere villthet. Hvis villighet er avhengig av mangel på menneskelig innblanding, så vil et biotekttræ redusere skogens villighet. Men kanskje det ville være et konvensjonelt oppdrettshybrid som ble bevisst introdusert i et økosystem.

Som ville redusere villighet mer - innføringen av et biotekttre eller utryddelsen av en viktig treart? Det finnes ingen feil eller feil svar på disse spørsmålene, men de minner oss om kompleksiteten av beslutninger om bruk av teknologi for å forbedre "naturen".

Denne kompleksiteten peker på en nøkkelanbefaling av National Academy of Sciences, Engineering og Medicine Report: dialog mellom eksperter, interessenter og samfunn om hvordan man verdsetter skogene, vurderer risikoen og potensielle fordeler av bioteknologi, og forstår komplekse offentlige svar på potensialet intervensjoner, inkludert de som involverer bioteknologi. Disse prosessene må være respektfulle, deliberative, transparente og inkluderende.

Slike prosesser, som et 2018-interessentskapsverksted på bioteknikkkastet, vil ikke slette konflikt eller garantere konsensus, men de har potensial til å skape innsikt og forståelse som kan gi inntrykk av demokratiske beslutninger som blir informert av ekspertvitenskap og offentlige verdier.

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation av Jason A. Delborne. Les den opprinnelige artikkelen her.