Arfleifð Darwins: Þáttur plöntukynbóta í fæðuöryggi heimsins

Í lok septembermánaðar kemur út ritgerðasafnið Arfleifð Darwins. Kveikjan að bókinn var afmæli Charles Darwin, en í fyrra voru 200 ár liðin frá fæðingu hans, og það að 150 ár voru í fyrra liðin frá því að Uppruni tegundanna var gefinn út.

Við helgum nokkra pistla næstu vikur þessari bók, og birtum hluta úr af köflum hennar. Tólfti kafli bókarinn heitir Þáttur plöntukynbóta í fæðuöryggi heimsins. Sókn eftir nýjum breytileika

Áslaug Helgadóttir prófessor og aðstoðarrektor Landbúnaðarháskóla Íslands rekur þar sögu kynbóta, erfðafræði og mikilvægi lögmála Gregors Mendel og kenninga Charles Darwin og stofnerfðafræðinga síðustu aldar (R.A. Fisher, S. Wright og fleiri) fyrir framfarir í kynbótum. Hún fjallar einnig um aðferðir sem byggjast á samruna fruma mismunandi plöntutegunda og markvissar erfðabreytingar á plöntum sem hafa verið að ryðja sér til rúms. Kaflinn hefst á þessum orðum:

Ein af frumþörfum mannsins er að hafa í sig og á. Í árdaga var hver sjálfum sér nógur, en nú þegar um helmingur mannkyns býr í borgum er það hlutverk landbúnaðarins að framleiða mat og sjá um matvælaöryggi jarðarbúa. Flest kaupum við það sem við borðum úti í búð eða á veitingahúsi og sífellt fleiri virðast ekki gera sér grein fyrir því hvaðan maturinn kemur. Síðustu tvær aldir hefur fólki fjölgað hratt í heiminum og enn virðist vera nægur matur á jörðinni til þess að fæða alla íbúa hennar, þó svo að gæðunum sé vissulega misskipt. Framleiðni í landbúnaði hefur vaxið hröðum skrefum og hefur hún einkum verið drifin áfram af vísindum og tækni við vélvæðingu, framleiðslu áburðar og plöntukynbótum. Hér er ætlunin að huga sérstaklega að því hvernig maðurinn hefur lagað nytjaplöntur að þörfum sínum frá upphafi vega og hvaða þátt Charles Darwin átti í að fleyta þeirri þróun fram.

Árið 1798 samdi enski klerkurinn og hagfræðingurinn, Thomas Robert Malthus (1766–1864), ritgerð um lögmál fólksfjölda.¹ Kenning hans var sú að fæða væri nauðsynleg fyrir tilvist mannsins og hann setti jafnframt fram þá tilgátu að mannfjöldinn tvöfaldist sífellt á meðan framleiðsla á mat vaxi línulega. Hann spáði því að eftir tvær aldir, þ.e. nú á dögum, yrði 512 sinnum fleira fólk en einungis 10 sinnum meiri matur en á hans dögum og ályktaði að þó svo að hverri skák á Bretlandseyjum yrði breytt í bújörð gæti landið ekki fætt þegna sína að 50 árum liðnum. Kenningar Malthusar höfðu mikil áhrif, en eins og við vitum rættust spádómar hans ekki. Vissulega hefur fólki fjölgað frá dögum Malthusar þegar jarðarbúar voru taldir tæpur milljarður. Þeir voru um hálfur annar milljarður í upphafi 20. aldar, eru nú rúmlega sex milljarðar og því hefur verið spáð að þeir geti orðið um níu milljarðar um miðja öldina. Þrátt fyrir þetta hefur framboð á mat aukist enn hraðar, og vert er að benda á að síðustu hálfa öld hefur stærð ræktaðs lands í heiminum haldist óbreytt en matvælaframleiðsla þrefaldast.²

1 Malthus 1798/1826.

2 Borlaug 2002.

Erfðabreytingar á bakteríum og dýrum

Það er ákaflega mikilvægt að átta sig á því að erfðabreytingar eru eðlilegur hluti af náttúrunni. Við, hinn viti borni maður, höfum á síðustu 150 árum öðlast skilning á eðli erfða, byggingu erfðaefnisins og þekkingu til að breyta genum á markvissann hátt.

Þekkingin gerir okkur kleift að skilja margskonar fyrirbæri, t.d. hvers vegna börn líkjast foreldrum sínum, hvernig erfðagallar geta hoppað á milli kynslóða, hvers vegna sumir sjúkdómar hrella bara konur (eða karla) og hvernig við getum ræktað nytjaplöntur og dýr á markvissari hátt.

Uppruni erfðatækninnar má rekja til bakteríuerfðafræðinnar, þar sem menn lærðu snemma að kortleggja stökkbreytingar í einstökum genum  og síðar að einangra erfðaefni og klippa það niður með sérhæfðum ensímum. Vísindamenn fundu út að bakteríur búa oft  yfir litlum auka litningum, svokölluðum plasmíðum sem fjölga sér sjálfstætt. Með því að beisla þessi plasmíð (eða veirur) og skeyta inn í þau ákveðnum DNA bútum gátu vísindamenn einangrað gen - þeir klónuðu* fyrsta genið.

Erfðatæknin kollvarpaði rannsóknum í líffræði og læknisfræði, og til varð ný fræðigrein sameindaerfðafræði (molecular genetics). Hún fjallar um eiginleika gena og fruma, en nýtist einnig við rannsóknir á öðrum fyrirbærum. Hægt er að klóna gen sem hafa áhrif á næstum hvaða eiginleika sem er, t.d. þroskun útlima, eiginleika húðar, kynhneigð ávaxtaflugna og þol gagnvart útfjólubláu ljósi.

Sem dæmi um slíkar rannsóknir má nefna doktorsverkefni Snædísar Björnsdóttur (hún ver það næstkomandi mánudag). Það heitir Erfðabreytingar á bakteríunni Rhodothermus marinus og miðar að því að þróa aðferðir til þess að erfðabreyta hitaþolnu bakteríunni R. marinus, og þar með opna vísindamönnum leiðir til þess að rannsaka eiginleika hennar og líffræði.

Erfðatæknina má einnig hagnýta, t.d. til þess að erfðabreyta nytjaplöntum eða húsdýrum. Hefðbundin ræktun gengur út á að breyta erfðasamsetningu stofns, t.d. kúakyns, með því að æxla saman einstaklingum með æskilegar stökkbreytingar og velja úr þau afkvæmi sem eru með heppilegusutu erfðasamsetninguna. Í tilfelli mjólkurkúa er horft á mjólkurmagn, samsetningu mjólkurinnar, heilsu kýrinnar og geðslag. Hver eiginleiki er undir áhrifum fjölmargra gena, kannski 50 eða fleiri. Í erfðamengjum hryggdýra eru rúmlega 20.000 gen, sem hafa mismunandi áhrif á þessa eiginleika og aðra, þannig að það er augljóst að verkefni ræktandans er verulega erfitt. Hann þarf að sýna mikla þolinmæði - og eyða til miklu fé til að fá aukningu í afurðum.

Þess vegna hefur erfðatæknin verið nýtt í kynbótum, til að gera ræktunina markvissari. Framfarir í kynbótum, áburðarframleiðslu, vélvæðingu landbúnaðar og eiturefnaframleiðslu leiddu til mikillar framleiðslu aukningar í landbúnaði á síðustu öld. Þessar framfarir voru ekki gallalausar, áburðargjöf og notkun eiturefna í landbúnaði hefur mikil áhrif á náttúruna, og vélvæðingin eykur útblástur á koltvíildi og mengun almennt. Kynbæturnar voru hins vegar ekki mengandi - og mín ályktun er sú að erfðabreyttar lífverur séu ekki hættulegar náttúrunni (sjá færsluflokk og Hver er hættan af erfðabreyttum lífverum?).

Varðandi erfðabreytta laxinn, þá held ég að það sé meiri hætta fylgjandi, eða skaði nú þegar skeður,  þeirri áráttu að flytja laxa á milli vatnasvæða og sleppingum á allskonar fiski í ár og læki. Slík athæfi geta leitt til þess að staðbundnir stofnar blandist, sem getur leitt til hruns í stofnum eða hreinlega útrýmingar þeirra. 

* Orðið klón hefur tvær merkingar í líffræði. Í erfðafræði er talað um klónun gena, þegar þau eru einangruð og geymd í plasmíði. Í fósturfræði er talað um klónun einstaklinga, t.d. þegar kjarni eggs er fjarlægður og kjarni í líkamsfrumu er settur í staðinn - þannig var kindin Dolly búin til.

Íhugar að leyfa genabreyttan lax