Сокращение биологического разнообразия в результате изменения естественных биоценозов

Биологическое разнообразие – разнообразие живущих на земле видов и существующих естественных экосистем - не только основа стабильного существования жизни на земле, но и источник богатейших ресурсов для жизнедеятельности человека. Основой и неотъемлемой частью биологического разнообразия является разнообразие генетическое. Под генетическим разнообразием понимается вариация генов или аллельного разнообразия генов внутри популяции (элементарной единицы эволюции) и вида. Генетическое разнообразие имеет жизненно-важное значение для существования популяции и вида в целом, так как позволяет им адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды и выживать как в имеющихся на данный момент, так и новых условиях существования. Таким образом, генетическое разнообразие является фундаментом видового разнообразия и стабильности экосистем. Поэтому биологическое и генетическое разнообразие обычно отождествляются, хотя, исходя из определения биоразнообразия, даваемого Конвенцией о биологическом разнообразии (статья 2) генетическое разнообразие следует рассматривать скорее как внутривидовую ступень биоразнообразия вообще (наряду с другими двумя ступенями – видовой и экосистемной).

Сегодня биологическое и генетическое разнообразие рассматриваются как всемирное достояние человечества. А в любой стране мира - как национальное достояние, использование и эксплуатация которого должно регулироваться государственными законами (Конвенция о биологическом разнообразии, принцип 2). Потенциал биоразнообразия, который человечество может без ущерба для окружающей среды использовать для своего стабильного существования и развития, еще до конца не изучен, используется лишь частично, и порой весьма нерационально. Достижения биотехнологии и, в частности, генетической инженерии, во многом способствуют более полному, разнообразному и рачительному использованию биоресурсов за счет придания уже используемым человеком формам дополнительных адаптивных свойств, новых полезных качеств, повышения их продуктивности. Одновременно они делают доступными для использования новые виды, не находившие применение раньше в силу каких-то своих биологических особенностей или из-за кажущейся бесполезности. Эти методы позволяют добиться качественного изменения сельскохозяйственного производства, снижая его экстенсивность, зависимость от экологически опасной химизации и энергонасыщенности, при этом не снижая общего количества урожая. В развивающихся странах использование современных технологий должно способствовать снижению экстенсивности сельского хозяйства и тем самым сохранению природных экосистем. В развитых странах уход от экстенсивных технологий способствует превращению части территорий, ранее занятых под сельскохозяйственные посевы, в рекреационные зоны, лесные насаждения и другие, более естественные и богатые в биологическом плане ландшафты. По расчетам специалистов при использовании новых технологий для обеспечения существующего объема сельхозпродукции, производимой в Европе на данный момент, понадобится только одна треть от территории, занимаемой странами Европейского Союза. Сейчас сельскохозяйственные угодья в большинстве стран Западной и Центральной Европы занимают от 50 до 70% территории. Таким образом, использование достижений генетической инженерии способствует сохранению и восстановлению биологического разнообразия в природе.

Однако часто высказываются опасения по поводу того, что достижения генетической инженерии могут оказывать и противоположный эффект на развитие природных и агробиологических экосистем и биологическое, прежде всего генетическое, разнообразие в целом. Каким образом генно-инженерная деятельность, а точнее продукты этой деятельности - ГМО могут нанести ущерб генетическому разнообразию?

Как правило, выделяют пять источников опасности ГМО для генетического (биологического) разнообразия. С первыми тремя мы уже знакомились раньше. Это основные факторы риска высвобождения ГМО в окружающую среду:

1. Возможная повышенная инвазивность и агрессивность как сорняков некоторых ГМО, которая может привести к подавлению и вытеснению тех же, что и ГМО видов, а также других видов экосистемы, не способных конкурировать с ГМО за жизненное пространство или пищевую базу.

2. Нецелевое действие ГМО с токсическими свойствами, которое может привести к уменьшению численности не только вредителей, но и нейтральных и полезных видов насекомых и привести к нарушениям экологических связей с участием этих насекомых (прерывание пищевой цепи, исчезновение опылителя, нарушение биологического контроля численности вредителей).

3. Последствия миграции трансгенов от ГМО к их диким родственным видам.

Следующие источники опасности снижения видового и генетического разнообразия, проистекают не столько из использования ГМО, сколько из вполне понятного и естественного стремления людей к получению максимальной прибыли при производстве сельскохозяйственной продукции. Из этого стремления имеются два следствия:

4. Использование в агропроизводстве монокультуры, которое приводит, с одной стороны, к уменьшению разнообразия биоценозов в агросреде и соответственно к уменьшению видового разнообразия организмов, обычно обитающих в биотопах агросреды. С другой стороны, монокультура становится источником снижения генетического разнообразия, которое может стать причиной снижения адаптивных возможностей культуры и стать источником селективного прессинга в популяциях ее вредителя.

5. Использование ограниченного количества наиболее экономически выгодных сортов и вытеснение местных сортов и рас, являющихся источниками многих селекционно-ценных признаков, ведет к снижению генетического разнообразия и потере многих ценных аллелей и генов, которые впоследствии могли бы быть востребованы при улучшении существующих сельскохозяйственных культур.

Если первые два источника теоретически могут привести к уменьшению численности и потере каких-либо биологических видов (к снижению биологического видового разнообразия), то миграция трансгенов не приводит к снижению видового разнообразия экосистемы и не обязательно сказывается на численности вида-реципиента трансгенного признака. Однако она приводит к изменению существующего генетического разнообразия в популяции-реципиенте родственного вида и может отразиться на его адаптивных свойствах.

Как правило, в связи с миграцией трансгенов высказываются опасения, что присутствие трансгенов у дикого вида может привести к снижению аллельного разнообразия в локусе, к которому принадлежит трансген, или в локусах, взаимодействующих с трансгенном. В первую очередь может произойти потеря редких аллелей, не имеющих большого адаптивного значения для популяции при стабильных условиях окружающей среды, не подверженных резким изменениям. Но при возникновении таких резких изменений в условиях существования (например, появлении нового не эндемичного патогена или хищника, влиянии антропогенных факторов и др.), именно эти редкие аллели могут оказаться фактором выживания популяции. Таким образом, потеря аллельного разнообразия, несмотря на преимущества, которые могут быть связаны с приобретением популяцией трансгена, при изменении условий окружающей среды в будущем может негативно отразиться на адаптивных способностях популяции и вида в целом.

Однако, как показывают примеры изучения генетического разнообразия в популяциях диких видов, подверженных интрогрессии генов со стороны культурных родственников, миграция трансгена совершенно необязательно ведет к уменьшению аллельного разнообразия диких популяций. Так, при изучении интрогрессии генов от сахарной свеклы (Beta vulgaris ssp.vulgaris) к популяциям дикого вида свеклы морской (B.vulgaris, ssp.maritima) у последней наряду с новыми генами были выявлены все редкие аллели, присущие данному подвиду. При этом генетическое разнообразие в популяциях, взаимодействовавших с культурным видом, было выше, чем в изолированных популяциях B. maritima.

Несмотря на неоднократно высказывавшиеся опасения, нет ни одного доказанного случая негативного влияния ГМО на видовое разнообразие и стабильность развития природных экосистем (в агросистемах появление неблагоприятных явлений более вероятно). Пока что не подтверждаются и опасения по поводу снижения генетического разнообразия в природных популяциях родственных ГМО видов. Возможно, это объясняется недостаточным объемом знаний в этой области. Однако эксперименты по изучению взаимодействия ГМО с природными экосистемами продолжаются, ведется постоянный мониторинг за вновь высвобождаемыми и вновь создаваемыми ГМО. Современное состояние изученности проблемы не позволяет говорить о возможности далеко идущих негативных последствий воздействия ГМО для поддержания биологического разнообразия природных экосистем.

Второе объяснение отсутствия выявленных неблагоприятных последствий - строгий подход при регулировании генно-инженерной деятельности и высвобождению ГМО во всем мире. Если какие-то признаки опасности ГМО для окружающей среды имеют место, то либо запрещается высвобождение ГМО, либо приостанавливается его использование. Могут также вводиться специальные правила его применения, которые позволяют минимизировать воздействие ГМО на окружающую природную среду. Таким образом, возможность появления неблагоприятных последствий пресекается еще до того момента, когда они могут себя проявить.

Для большинства современных ГМО, которые, как правило, являются однолетними сельскохозяйственными культурами характерно кратковременное воздействие их на окружающую среду и ограниченное взаимодействие с природными экосистемами. Без сомнения, в будущем разнообразие ГМО будет расширяться. Уже сейчас имеются примеры удачных генетических модификаций многолетних, в том числе древесных культур, некоторых видов рыб и других животных аквакультуры, использование которых приведет к более тесному и длительному контакту ГМО с природными экосистемами. Однако подход к экологической безопасности таких объектов гораздо строже. Их выпуску в окружающую среду предшествует глубокое изучение экологических взаимосвязей на примере модельных систем с участием организмов, исходных для тестируемых ГМО. Серьезное отношение к подготовке коммерциализации многолетних ГМО позволяет надеяться, что их использование не будет представлять большей опасности для природных экосистем, чем та, что существует сейчас при широком использовании однолетнего сортимента.

Если первые три источника снижения биологического и генетического разнообразия можно рассматривать скорее в теоретическом контексте, то неблагоприятные последствия использования монокультуры и ограниченного сортового разнообразия мы имеем возможность наблюдать в действительности. История существования этих источников неблагоприятных последствий для окружающей среды столь же длинна, как и история развитого сельскохозяйственного производства. И «вина» трансгенных культур в развитии этих нежелательных процессов состоит не столько в их происхождении, сколько в их успешности при конкурировании с уже используемыми в производстве сортами растений, созданными традиционными методами.

Совершенно естественно стремление сельхозпроизводителей выращивать наиболее прибыльные культуры и наиболее продуктивные и доходные сорта растений. Однако такое стремление однажды приводит к серьезным, а порой и к катастрофическим последствиям: монокультура ведет к увеличению опасности развития болезней и увеличения численности вредителей. Снижение генетического разнообразия за счет предпочтения немногих сортов еще более увеличивает эту опасность и, в результате, приводит к снижению адаптивных возможностей популяции сельскохозяйственной монокультуры.

До сих пор вспоминают последствия эпифитотии фитофтороза картофеля (Phytophtora infestans Mont. (De Bary)) 1845 года, поразившей практически всю Европу и США. Особенно тяжело пострадала Ирландия – страна, где картофель был основной культурой и источником пищи населения. Этот картофель представлял собой потомство первой интродукции в Европу картофеля чилийского происхождения, имевшего небогатую генетическую базу. Он оказался совершенно беззащитным перед лицом нового патогена, проникшего в Европу из другой части Американского континента. В результате голода, вызванного гибелью посадок картофеля, численность населения Ирландии в те годы сократилась почти на 2,5 миллиона человек из-за высокой смертности населения и вынужденной эмиграции.

Имеются примеры и более близких в историческом плане событий, связанных с монокультурой ограниченного количества сортов, не такие трагические, но, тем не менее, весьма неприятные. Например, в 1970 году шестая часть посевов кукурузы в США (в том числе половина посевов в южных штатах) погибла из-за поражения невероятно размножившимся вредителем Helminthosporium (Cochliobolus) maydis. А в Индонезии в конце 70-х годов прошлого века из-за нашествия дельфацид (Delphacidae) полностью погибли плантации риса (основной культуры этой страны), которые были представлены практически одним единственным сортом. Это событие стало одной из основных причин голода в индонезийской провинции Ломбук.

В настоящее время из трех тысяч видов растений, которые когда-либо выращивал человек, культивируются только 150. И менее 20 из этих 150 являются источниками питания для большей части мира. 60% калорий и 56% протеинов человечеству поставляют всего три культуры – пшеница, кукуруза и рис. Поэтому очень важно сохранить генетическое разнообразие, обеспечивающее экологическую пластичность и далеко не исчерпавший себя селекционный потенциал хотя бы тех культур, которые ныне активно эксплуатируются человеком.

Источником генетического разнообразия могут быть местные сорта и расы выращиваемых культур и их дикие предки (внутривидовое разнообразие) или представители родственных видов (межвидовой источник разнообразия). Например, источником устойчивости к упоминавшемуся выше вредителю кукурузы (Zea mays) Helminthosporium maydis, является другой вид кукурузы Z. diploperennis, до сих пор выращивающийся в качестве сельскохозяйственной культуры в некоторых районах Мексики. Вместе с несколькими другими видами (Z. mexicana, Z. mays ssp. Parviglumis и Z. perennis ) он известен под общим именем Теосинте. Еще один вид кукурузы, также произрастающий в Мексике, Z. tripsacum, представляет собой до сих пор практически не тронутый источник устойчивости кукурузы к ряду биотических и абиотических стрессов. Один из диких видов пшеницы, обитающий в Турции (Triticum turgidum ssp. dicoccoides), является источником генов резистентности к нескольким болезням, в том числе к бурой ржавчине (Puccinia recondita), погубившей однажды треть полей пшеницы в штате Монтана (США).

Как показало изучение аллельного разнообразия кукурузы, из 163 идентифицированных аллелей, принадлежащих к 23 локусам 34 различных мексиканских рас кукурузы, только 11% аллелей присутствует во всех расах. Они же есть и у 30 наиболее популярных инбредных линий кукурузы, которые являются родительскими формами практически всех гибридов, выращиваемых в США. 60% аллелей встречаются с очень малой частотой (порядка 0.01). В элитных инбредных линиях сохраняются не более двух из этих редких аллелей.

Ежегодно аллельное богатство, предоставляемое местными расами и сортами, безнадежно теряется. Так, по сообщениям FAO к 1996 году в связи с распространением современных интенсивных сортов исчезло более тысячи местных рас основных сельскохозяйственных культур. В более чем 80 из 154 исследованных стран мира замена местных сортов достигла критического значения для их существования. А монокультура кукурузы стала угрозой генетическому и биологическому разнообразию агросреды в сельскохозяйственном производстве Коста-Рики, Чили, Малайзии, Филиппин и Таиланда.

Наибольшее разнообразие местных форм и рас наблюдается в центрах происхождения и генетического разнообразия сельскохозяйственных растений. За редким исключением (например, в случае пшеницы), центры происхождения сельскохозяйственных культур являются и местами их наибольшего генетического разнообразия. Большинство сельскохозяйственных растений имеют лишь один или небольшое число центров генетического разнообразия. Н.И. Вавилов (1935) выделял восемь таких центров, семь из которых сегодня территориально совпадают с регионами развивающихся стран мира (табл.3.5).

Опасность, связанная с ГМ-сортами заключается в том, что они представляют несомненный интерес для увеличения объема сельскохозяйственной продукции развивающихся стран. Слабая законодательная база и отсутствие инфраструктуры в области биобезопасности в подавляющем большинстве этих стран не могут должным образом защитить от вытеснения местные сорта и расы. В результате они очень быстро могут быть потеряны из-за своей экономической неконкурентоспособности. Свою лепту в снижение генетического разнообразия могут внести также последствия миграции трансгена и потенциальное повышение инвазивности некоторых трансгенных культур.

Одним из решений проблемы защиты генетических ресурсов планеты от экспансии ГМ-сортов могло бы быть полное запрещение их ввоза и использования в центрах генетического разнообразия. Однако этот путь представляется малореальным и нерациональным. Ведь ГМО, благодаря своим уникальным свойствам, сегодня рассматриваются как один из основных источников решения проблемы голода в развивающихся странах. Кроме того, за счет своей высокой эффективности ГМО дают шанс сохранить от занятия под новые посевные площади и разрушения природные ландшафты развивающихся стран, значительная часть которых представлена богатейшими по видовому составу, но очень чувствительными к действию антропогенного фактора тропическими лесами.

Хотя распространение ГМО в центрах происхождения и генетического разнообразия видов и не приветствуется, проблема гармонизации экономической выгоды и сохранения биологического разнообразия в принципе решаема без огульного запрещения ГМО. Мировое сообщество, международные организации, имеющие отношение к биобезопасности (в том числе FAO, UNIDO, UNEP, CBD, OECD и некоторые другие), одну из основных задач видят в помощи развивающимся странам в создании национальных систем биобезопасности, которые позволили бы, не изолируя эти страны от достижений современной биотехнологии, защитить их биологическое (генетическое) разнообразие и сделать его доступным для мирового использования. Уже видны первые плоды такой международной помощи и примеры удачного сотрудничества по вопросам биобезопасности международных и национальных организаций.

В настоящее время принята и работает программа по сохранению генетического разнообразия в регионе происхождения кукурузы – Мексике. Мексика, являющаяся центром генетического разнообразия одной из ведущих зерновых культур мира, одновременно считается уникальной страной по своему социальному и экономическому статусу, так как занимает промежуточное положение между развитыми и развивающимися странами мира по уровню экономики и развитию правовой базы и инфраструктуры, в том числе и в области биобезопасности. Кроме того, ее отличает непосредственная близость к основному источнику распространения ГМ-культур на сегодняшний день – США, что делает территорию Мексики легкодоступной для легального и нелегального проникновения ГМО. Поэтому эту страну можно рассматривать как модельную для изучения и развития системы биобезопасности в области рационального использования достижений современной биотехнологии и одновременного сохранения генетического разнообразия. Основные позиции действующей в Мексике программы по защите генетического разнообразия, которые могут быть приняты и другими странами, следующие: 1) развитие научных исследований в области экологической безопасности ГМО с участием специалистов различного профиля; 2) государственная поддержка фермеров, разводящих местные сорта и виды растений; 3) развитие собственного законодательства и государственных систем в области биобезопасности, включая создание системы мониторинга за используемыми на территории страны ГМО.

В Европе находится только один крупный центр происхождения и генетического разнообразия видов сельскохозяйственных растений – Средиземноморский. Еще один небольшой по площади центр генетического разнообразия свеклы охватывает регионы Великобритании и Франции, примыкающие к Ла-Маншу. Поэтому для Центральной и Восточной Европы опасность, связанная с проникновением ГМО и вытеснением местных рас и сортов, не столь актуальна, как для большинства развивающихся стран и стран юго-запада Европы. Хотя и здесь существует немало местных сортов основных сельскохозяйственных культур восточно-европейского региона, которые являются ценными источниками адаптивных признаков для селекции на устойчивость к заболеваниям и неблагоприятным факторам среды и которые не должны быть утеряны. Тем не менее, основную опасность для снижения генетического и биологического разнообразия этого региона могут нести в основном проблемы, связанные с монокультурой и другими факторами экологического риска использования ГМ-растений - миграцией трансгенов (на данном этапе развития генно-инженерных технологий в основном к сортам нетрансгенных растений), повышенной инвазивностью некоторых ГМО и нецелевым влиянием ГМО на виды-немишени. Поэтому при оценке экологического риска использования трансгенных сортов в связи с сохранением биологического и генетического разнообразия следует обращать внимание на вопросы, касающиеся, прежде всего, этих факторов риска. Следует также уделять серьезное внимание предполагаемым методам и условиям выращивания ГМ-сортов (вопросам предупреждения риска).