Воздействие разных типов ГМО на экологические системы

Вероятность возникновения каких-либо экологических последствий высвобождения ГМО, как положительных, так и отрицательных, кроме особенностей самого ГМО, напрямую зависит от того, насколько данные ГМО часто используются, от масштабов и длительности их использования, от способности этих организмов осваивать новые пространства и экологические ниши и сохраняться в новых местах обитания, их возможностей в успешном конкурировании с эндемичными видами и воздействии на неживые элементы окружающей среды.

Наиболее часто упоминаемые факторы риска для окружающей среды, связанные с использованием ГМО, в первую очередь касаются высвобождения трансгенных растений. Это и не удивительно, если учесть ведущую роль растений в производстве сельскохозяйственной продукции, и связанного с ним воздействия на формирование современных ландшафтов. В экономически развитых странах аграрные ландшафты составляют большую часть территорий и являются наиболее типичными биоценозами. Растения играют базовую роль в формировании сообществ живых организмов и экологических систем в целом, являясь не только синтезаторами кислорода, но и преобразователями неорганических веществ в органические. Они составляют основу пищевой пирамиды для всех живых организмов, являются местом обитания большинства из них, играют важную роль в почвообразовании, формировании гидробиологического режима и местного микроклимата.

Современное состояние генно-инженерных исследований и развитие биотехнологических методов в наибольшей степени способствует сегодня созданию именно генетически модифицированных сортов растений. В первую очередь, развитие биоинженерных технологий, конечно же, касается сельскохозяйственных растений – зерновых, плодоовощных, кормовых, а также декоративных культур. Однако в последнее время интерес исследователей стали привлекать лесные, прежде всего древесные, растения. Таким образом, увеличивается вероятность распространения растительных ГМО не только в сильно измененных человеком агробиологических ландшафтах, но и в местах, менее затрагиваемых деятельностью человека, в том числе на охраняемых территориях.

Генно-инженерные модификации сегодня позволяют не только добиться увеличения урожайности или устойчивости растений к неблагоприятным факторам среды и вредителям, но и придать традиционным культурам новые, непривычные свойства и функции. Например, использовать их как биореакторы по производству различных биохимических веществ – вакцин, физиологически активных и других фармакологических веществ, необычного сырья для химической промышленности, или использовать ГМ растения в качестве восстановителей или преобразователей природных ландшафтов. То есть, мы сегодня наблюдаем процесс вовлечения в сферу нетрадиционной селекции все новых видов растений и расширение сферы деятельности самой нетрадиционной селекции. Это в еще большей мере увеличивает вероятность воздействия ГМ-растений на экосистемы и расширяет палитру таких воздействий.

Уже сегодня посадки ГМ-растений в некоторых странах занимают если и не основные, то весьма значительные площади (США, Аргентина, Бразилия и др.). Расширяется география возделывания ГМ растений ( в 2009 г. ГМ-культуры возделывали 25 стран). Очевидные экономические выгоды, связанные с культивированием ГМ сортов и гибридов будут и дальше служить стимулом к распространению ГМ-растений. Причем не только в развитых странах, но и в странах развивающихся, где увеличивается опасность проникновения ГМО в природные экологические системы, не измененные человеком.

Вероятность воздействия ГМ растений на природные ландшафты возрастает в связи с особенностями биологии размножения растений, которая позволяет им быстро распространяться на обширные территории и достаточно долго сохраняться на них, несмотря на отсутствие явных средств передвижения и кажущуюся статичность и уязвимость. Это и выработавшаяся в процессе эволюции способность к обмену генетическим материалом посредством пыльцы, способной переноситься на значительные расстояния с помощью ветра, насекомых, других животных. Это - образование специальных вегетативных органов, которые могут служить как для запаса питательных веществ и выживания в неблагоприятных условиях, так и для быстрого размножения и заселения новых территорий, формирование плодов и семян, которые также могут быть перенесены на большие расстояния от материнского растения, длительное время сохраняться, пережидая неблагоприятные условия и затем активно развиться в новое растение за счет запасных питательных веществ, содержащихся в семени. И наконец, что очень важно, количество, как образующейся пыльцы, так и семян, как правило, очень велико и обычно избыточно, что позволяет популяции растений и виду в целом существовать на занимаемой территории длительное время даже в крайне неблагоприятных условиях и при сильном эволюционном прессинге.

К генетически модифицированным микроорганизмам (ГММ) по традиции относят как прокариотические организмы (вирусы и бактерии), так и некоторые эукариоты (дрожжи, грибы), даже если они имеют довольно сложное строение и крупные размеры, как, например, грибы-макромицеты. Микроорганизмы исторически были первыми объектами генной инженерии, но до последнего времени работа с ГММ и их использование для производства тех или иных продуктов ограничивались в основном замкнутыми системами. Однако в настоящее время успешно развивается ряд направлений генетической инженерии микроорганизмов, которые могут быть реализованы в окружающей среде. Это придание или усиление уже имеющегося свойства азотфиксации некоторым бактериям, создание микориз, способных вступать в симбиотические отношения с высшими растениями и помогать им в усвоении питательных веществ почвы, создание микробиологических пестицидов бактериального и вирусного происхождения. Хотя имеется ряд публикаций о создании подобных ГММ, сведения об их выпуске в окружающую среду крайне ограничены. Налицо весьма осторожное отношение к высвобождению ГММ. Это, очевидно, связано со сложностью контроля над их распространением в окружающей среде и недостаточным знанием процессов, происходящих в почве – основном местообитании создаваемых ныне с целями высвобождения в окружающую среду ГММ. Опасения вызывает и обычная для многих микроорганизмов нестабильность генома, наличие мобильных генетических элементов, характерная для многих из них токсичность и способность вызывать различные заболевания человека, животных или растений.

Работы в области генетической инженерии животных имеют самую короткую историю. Однако уже существует ряд примеров успешного использования генно-инженерных методов в этой области. Принимая во внимание зависимость между степенью риска для окружающей среды тех или иных ГМО и возможностями этих ГМО к распространению, становится очевидным, что большинство созданных или создаваемых на сегодняшний день трансгенных животных просто не в состоянии оказывать серьезное влияние на элементы окружающей среды. Как правило, они содержатся в лабораториях, клетках или вольерах, то есть фактически находятся в условиях изоляции. И даже если такие животные случайно попадут в природные условия, их способность к выживанию будет практически нулевой в силу крайней доместикации.

Исключением являются генетически модифицированные насекомые, а также рыбы и другие животные аквакультуры (моллюски, креветки и т.п.). Как правило, они доместицированы в очень малой степени или вообще являются дикими животными, лишь используемыми человеком. Контролировать их несанкционированное распространение на новые территории и локализацию в определенном отведенном им месте может оказаться довольно затруднительно. Особенно это касается океанических животных (из-за практического отсутствия природных барьеров распространения в мировом океане) и насекомых (из-за их малых размеров и способности многих из них к полету). Кроме того, как и растения, животные аквакультуры и насекомые чаще всего формируют многочисленное и избыточное потомство.

Как видим, биологическое разнообразие генетически модифицированных организмов неуклонно расширяется. Предполагается, что в течение ближайших двадцати лет удастся осуществить генетическую трансформацию всех основных на сегодняшний день сельскохозяйственных культур, а к 2100 году этот метод станет применим ко всем растениям, используемым человеком. Безусловно, будет расширяться и количество видов животных и микроорганизмов, вовлекаемых в сферу генно-инженерной деятельности человека. Соответственно будут расширяться сфера, частота и степень влияния ГМО на окружающую среду. Поэтому, чтобы не допустить возникновения возможных неблагоприятных эффектов, требуется серьезное изучение вероятных экологических взаимодействий с окружающей средой вновь создаваемых ГМО, а также видов-кандидатов на генно-инженерные модификации. Необходима серьезная и ответственная оценка новых ГМО при их высвобождении и мониторинг за использованием уже существующих ГМО с целью сбора информации, которая, безусловно, будет востребована в будущем.