Ограничения и опасности генетической инженерии

"Не навреди, не ищи выгоды, советуйся с коллегами и соблюдай высокую мораль".

Бессмертные принципы клятвы Гиппократа

При оценке возможностей генетической инженерии важно учитывать те ограничения и опасности, которые вытекают из законов генетической и экологической изменчивости живых организмов. Известно, что генетическая сложность цветковых растений на много порядков выше, чем бактерий. При этом барьеры, обусловливающие половую несовместимость и инконгруентность у высших растений, весьма многочисленны и вовсе не исчерпываются известными презиготическими и постзиготическими механизмами. Поскольку многие закономерности генетической инженерии остаются до конца неизвестными и мы не знаем, сколько времени потребуется на их познание, было бы весьма опасным пренебрегать традиционными методами селекции, которые сегодня, действительно, "кормят" население Земли.

Высоко оценивая роль генетической инженерии в селекции растений, особенно в плане преодоления межвидовых и даже межродовых барьеров несовместимости, следует, однако, учитывать и ограничения, обусловленные следующими причинами:

1. Большинство хозяйственно ценных и адаптивно значимых признаков являются полигенными по своей природе, более того, они контролируются коадаптированными в масштабе хромосом, генома и даже идиотипа ядерными и цитоплазматическими детерминантами; из более чем 50 тыс. генов, контролирующих идиотип высшего растения, лишь у некоторых видов изучены 200-300 генов (локализация в хромосомах); большинство адаптивно и хозяйственно значимых полигенных признаков остаются генетически не идентифицированными и биохимически не охарактеризованными; методы генетической инженерии разработаны только для небольшого числа культур и т.д. Наиболее распространенной ошибкой является отождествление гена с признаком. Однако именно на этом базируется рабочая концепция трансгеноза как метода "переноса генов". Между тем любой ген - это лишь одна из важнейших, но не единственная предпосылка проявления признака, в том числе его пенетрантности, экспрессии, плейотропных эффектов и т.д.

2. Неопределенность конечного результата трансгеноза (как и при индукции мутаций) и ограниченные возможности переноса искомых генов. Эта ситуация обусловлена рядом причин:

- отсутствие методов сайт-направленной интеграции генов, или вставки интродуцируемых генов в определенный сайт ДНК-хозяина. Между тем без точной и мишень-направленной генной хирургии (targetoriented gene-surgery) тДНК будет встраиваться в геном растения-хозяина случайно;

- быстрый выход из строя ГМ-растений, полученных на основе бактериальных генов, под воздействием систем инактивации чужеродной ДНК, с помощью которых растения обычно защищаются от вторжения вирусов (silensing - подавление активности трансгенов);

- наряду с чужеродным геном трансгенные растения нередко несут и немало "строительного мусора", включающего нежелательные генетические элементы вектора (маркерные гены и пр.);

- невозможность использования Agrobacteria для переноса генов с помощью Ti-плазмид в однодольные растения, к которым принадлежат многие хозяйственно ценные виды;

- поиск генных векторов для хлоропластов и митохондрий, так как Ti-плазмиды переносят гены исключительно в ядро;

- недостаточные знания о структуре, функциях и регуляции генов, определяющих большинство хозяйственно ценных и адаптивно значимых признаков.

Остается также неисследованным влияние трансгеноза на экспрессию собственных генов хозяина (реципиента); место интеграции ДНК в геноме хозяина при безвекторном варианте переноса оказывается случайным; возможны феномены запуска (индукция) непрогнозируемых событий "инсерционного" мутагенеза, усиления вариабельности трансгенной экспрессии, а также проявление нежелательных плейотропных эффектов трансгена. Опасность случайности генно-инженерных последствий связана и с тем, что чужеродные гены могут активировать "молчащие" гены, а также индуцировать эндогенные системы мейотической и митотической рекомбинации.

3. Каждый вид, организм и даже клетка имеют мощную противоинформационную защиту (системы узнавания и репарации, подавляющие функционирование экзогенной ДНК). Кроме того, у высших эукариот функционирует весьма сложная и многоэшелонированная регуляция экспрессии генома (включающая транскрипционный и посттранскрипционный уровни), причем каждый уровень многократно задублирован. Наличие этого механизма, с одной стороны, предотвращает получение эволюционно неапробированных генетических вариантов, то есть усиливает биобезопасность трансгеноза, а с другой, - сдерживает получение нетрадиционных генетических вариантов, что является главной задачей самой генетической инженерии и селекции в целом.

4. Широко известны многие нетрадиционные пути обмена генетической информацией между организмами, принадлежащими к разным систематическим группам: трансдукция (встраивание и перенос вирусом фрагментов чужеродной ДНК), трансформация (естественная или искусственная передача признаков и ДНК от одного организма к другому), обратная транскрипция и др. В числе природных векторов, способных переносить информацию от одного вида к другому, - плазмиды, вирусы, транспозоны, инсерции (Кордюм, 1982). Например, плазмиды могут переносить самые различные признаки - от патогенности грибов до фертильности или стерильности растений. Подробно исследован перенос генов из бактерий в грибы, растения и клетки млекопитающих. В результате возможно не только локальное, но и глобальное нарушение экологического равновесия в естественных и антропогенных экосистемах. Вместе с тем, например, спутниковые сорные виды и расы пшеницы, ячменя, овса, риса, рапса, сорго, подсолнечника, земляники, редиса, моркови, лука и других культур (всего около 50 видов) являются "резервуарами" генетического разнообразия и составляют основу интрогрессивного обогащения генофонда соответствующих культурных видов растений. При этом интрогрессия у ряда культур достигает 30-50 % и более, а возможность передачи пластидного материала пыльцой у некоторых видов растений делает незащищенной не только ядерную, но и цитоплазматическую наследственность. Особенно велика вероятность перекрестного опыления у аутбридинговых и в первую очередь энтомофильных видов растений. Определенную опасность представляет и неконтролируемое распространение семян самих трансгенных растений.

Важно также учитывать, что сохранение, например, свойств гербицидоустойчивости в ауткроссинговых популяциях диких сородичей не требует постоянного давления гербицидного фона. Уже известно более 40 видов сорных растений, которые очень быстро приобрели устойчивость к производным сульфонилмочевины. Зарегистрирован ряд видов злаковых и бобовых сорняков, устойчивых к глифосату. Кроме того, широкое распространение гербицидоустойчивых сортов увеличивает не только масштабы применения гербицидов и вытеснения альтернативных методов борьбы с сорной растительностью (многовидовые севообороты, разные способы обработки почвы, безгербицидные технологии и т.д.), но и способствует обеднению видового состава полезной энтомо- и орнитофауны в агроэкосистемах, а также загрязнению природной среды и пищевых продуктов. Особую опасность в этой связи представляет разрушение механизмов и структур биоценотической саморегуляции агроландшафтов, что неизбежно приводит к дальнейшему увеличению затрат пестицидов на защиту агроценозов от вредоносных видов. В результате образуется замкнутый порочный круг, при котором наносится все больший ущерб экологической безопасности человека.

С учетом вероятности и опасности неконтролируемого переноса наследственной информации генетически модифицированных культурных растений к их диким сородичам, в том числе сорнякам, важно учитывать следующие особенности гаметофитного отбора: конкурентная способность пыльцы является наследуемой и играет важную роль в эволюции покрытосеменных, обусловливая неслучайное опыление; степень конкурентоспособности пыльцы влияет на фенотип потомства, может увеличивать число и энергию прорастания семян, усиливать рост сеянцев; пыльцевая функция культурных растений обычно ослаблена по сравнению с дикорастущими видами и полукультурными разновидностями; между проявлением хозяйственно ценных и адаптивно значимых признаков на гаметофитной и спорофитных стадиях роста растений может существовать как положительная, так и отрицательная корреляция.

Очевидно, что если трансформируемый ген прямо или косвенно усиливает конкурентоспособность пыльцы (а этой возможностью в гаплоидной пыльце обладают и рецессивные аллели) или спорофита (начиная с прорастания семян), то он будет подхвачен естественным отбором и может предопределять доминирование соответствующих генотипов в гетерогенных популяциях. Вероятность "утечки" трансгенной информации зависит от степени совместимости культурного вида и базисного сорта с дикими, в том числе сорными, видами, характера размещения последних во времени и пространстве (малые или большие группы), а также расстояния, на которое может быть перенесена соответствующая пыльца и др. В повышении вероятности такого переноса особенно большую роль будут играть полиплоидные формы дикорастущих видов растений, способных как "губка" впитывать экзогенную наследственную информацию.

В настоящее время широко используют устойчивые к вредителям трансгенные растения, в том числе с высоким содержанием Bt-токсина, который может переноситься с пыльцой и фитофагами в другие организмы экосистемы. Попадая в ризосферу, Bt-токсин способен накапливаться в почве, оказывая влияние на биогеоценоз и грунтовые воды. Трансгенные культуры, устойчивые к фитовирусам, могут изменять вирулентность существующих вирусов, приводить к появлению новых вирулентных штаммов. Возможен также прямой перенос генов вирусоустойчивости от трансгенных растений к диким сородичам. В результате неконтролируемого переноса трансгенов, появления устойчивых к гербицидам и эндотоксинам вредоносных видов, снижения биологического разнообразия агроценозов может быть существенно нарушено экологическое равновесие в агроэкосистемах. Не случайно, например, в США для предотвращения или снижения темпов естественного отбора вредных насекомых, устойчивых к Bt-токсинам, создают "убежища" для полезной энтомофауны из обычных сортов той же культуры.

Вероятность неконтролируемого распространения трансгенов значительно возрастает и в результате индуцированного рекомбиногенеза. Известно, что рекомбинация является главным механизмом передачи трансформированных генов близкородственным видам высших эукариот (совместимых при половом скрещивании). Однако показано, что при действии экологических стрессоров могут увеличиваться не только частота и спектр кроссоверов, но и идти отбор на увеличение рекомбинационного потенциала популяции (Жученко с соавт., 1985; Parsons, 1988). А это в свою очередь означает, что в неблагоприятных и особенно экстремальных условиях внешней среды рекомбинационная изменчивость растений, включая передачу трансформированных генов, может быть значительно увеличена.

5. Все возрастающие масштабы использования ГМ-растений требуют более тщательного рассмотрения вопроса о связи биологического разнообразия агроэкосистем с их генетической и экологической уязвимостью. Известно, что непрерывное использование лучших сортов в качестве исходного селекционного материала приводит к концентрации в селекционном пуле генов, полученных из ограниченных коммерческих источников. Последние в большинстве случаев не включают представленные на уровне соответствующего вида аллели того или иного признака. Генетическое разнообразие, возможно, будет снижаться также по мере того, как трансгенные сорта начнут занимать все бoльшие площади. В результате генетическая база некоторых важнейших видов растений может оказаться крайне узкой, что неизбежно повысит опасность массового поражения фитоценозов вредными видами.

Очевидно, что имеющиеся генно-инженерные варианты одного и того же признака пока несопоставимы с соответствующим аллельным полиморфизмом, представленным в коллекциях местных сортов, примитивных форм и т.д. Так, в семенном банке CIMMYT в Мексике хранится и поддерживается 13000 линий кукурузы. По мере увеличения идентифицированной по ценным признакам части коллекции генетическое разнообразие исходного материала постоянно увеличивается. Однако большинство геноисточников не может быть использовано непосредственно и необходима большая работа по их предварительной селекции. Это же обстоятельство ограничивает биоразнообразие и трансгенных вариантов.

6. Особую опасность представляет повсеместное использование неизбирательности гербицидов и энтомотоксинов, что неизбежно приведет (и уже приводит) к эффекту "пестицидного бумеранга". Так, при широкомасштабном и длительном применении гербицидов с одним и тем же спектром действия (типа раундап) малораспространенные, но не чувствительные к гербицидам сорные виды растений могут оказаться в агроценозах доминирующими. Считается, что только за последние годы десятки видов сорных растений сравнительно быстро приобрели устойчивость к производным сульфонилмочевины. Аналогичные эффекты "пестицидного бумеранга" известны при длительном применении однотипных инсектицидов и фунгицидов. Из-за повышения пестицидоустойчивости растений приходится увеличивать дозы химикатов, что в свою очередь резко снижает возможность экологически безопасного и рентабельного использования химических средств защиты растений. Кроме того, широкое применение пестицидов сплошного спектра действия является причиной нарушения трофических связей и экологического равновесия в агробиогеоценозах.

7. Международные корпорации ("Монсанто", "Доу Хемикал", "Новартис" и др.), в которых в настоящее время сосредоточена основная часть работ по генетической инженерии растений, стремятся к монопольному контролю за рынком сортов-семян, а следовательно, и за рынком продовольствия. Так, фирма "Монсанто" владеет 94 % всех трансгенных растений, выращиваемых в мире. Известно также, что гербицид раундап был создан на этой фирме в конце 70-х годов на основе глифосата. Со времени внедрения сортов сои, устойчивых к раундапу (1995), использование этого гербицида возросло с 20 до 62 % (2000) общей площади, обрабатываемой гербицидами. На 52,6 млн га, занятых ГМ-растениями, преобладают глифосатоустойчивые сорта сои, кукурузы, хлопчатника, масличного рапса, доля которых составляет 85 %; остальная часть - Bt-защищенные культуры.

Начиная с 70-80-х годов прошлого столетия идет быстрое слияние крупных химических, фармацевтических и энергетических компаний с селекционно-семеноводческими фирмами. Между тем сугубо коммерческие интересы транснациональных компаний ограничивают число сортов и гибридов, реализуемых во всем мире, что неизбежно снижает генетическое разнообразие агроэкосистем. Другими словами, монополизация в области биотехнологического бизнеса, в том числе собственности на трансгенные сорта (эксклюзивные права на сою как культуру, семена и разновидности этого растения; создание частных банков генов и т.д.), при которой получение прибыли является самодавлеющим фактором, может иметь крайне отрицательные последствия для всего мирового сообщества.

8. По своей сути генетическая инженерия относится к числу двойных технологий. Так, некоторыми фирмами были начаты разработки "терминаторных технологий", имеющих своей целью ограничение продолжительности жизнеспособности семян и, таким образом, обеспечение физической защиты авторских прав создателей трансгенных растений. В дальнейшем "по политическим соображениям" эти работы были прекращены. И все же возможности практической реализации "терминаторных технологий" на основе использования методов генетической инженерии очевидны.

Справедливости ради следует, однако, заметить, что "терминаторные технологии" могут быть разработаны и методами традиционной селекции. В этой связи специального рассмотрения заслуживает синдром дисгенеза у растений, вызываемый гаметоцидными генами. Так, Endo с соавт. (1975) установили, что несколько видов рода Triticum, имеющих геномы C, S или S1 Aegilops, содержат гаметоцидные гены, которые были внесены в геном пшеницы в результате гомологичного спаривания хромосом или добавления чужеродной хромосомы. В случаях, когда гаметоцидные гены или хромосомы видов рода Aegilops (A. speltoides, A. sharonensis, A. longissima, A. triuncialis) присутствуют в гетеро- или гемизиготном (моно-сомном) состоянии в геноме мягкой пшеницы, они вызывают разрыв хромосом и мутации, мужскую или женскую стерильность, сморщивание семян. При этом если гаметоцидный ген Gcl, полученный из A. speltoides, вызывает стерильность, сморщивание семян и мутации у растений F1, то гаметоцидные хромосомы обусловливуют стерильность.

В "терминаторных технологиях" может быть использована и различная скорость роста пыльцевых трубок, определяющих мужской и женский пол, что получило специальное название "сертация". В некоторых случаях сертацию вызывают гаметофитные факторы (у ряда видов растений идентифицированы десятки соответствующих локусов). Однако число причин, обусловливающих различную конкурентоспособность пыльцевых зерен и изменение соотношения полов, значительно больше. Так, в этом же ряду факторов находится асинхронность развития зародышевых мешков и прохождения стадии эмбриогенеза, в результате чего на этапе оплодотворения снижается завязываемость семян.

9. Наибольшую тревогу ученых, промышленников и законодателей вызывает использование трансгенных растений в полевых условиях (спонтанный перенос генов), а также употребление конечных продуктов трансформированных (трансгенетически модифицированных) растений. Так, еще в 70-х годах было установлено, что Bacillus thuringiensis высвобождает экзотоксин турингиенсин А, который является токсичным для целого ряда вредных насекомых и растительных патогенных нематод, а также влияет на млекопитающих, ингибируя синтез РНК-полимеразы (Bond с соавт., 1971; Prasad с соавт., 1972; Smuckler с соавт., 1972 и др.). В дальнейшем с учетом ранее полученных данных о влиянии пестицидов на цитогенетические системы растений был исследован и спектр реакций клеток на действие этого экзотоксина. В частности, было установлено, что турингиенсин А, являющийся основным компонентом микробного инсектицида турицида, по своему влиянию на цитогенетические процессы в клетках имитирует митотические эффекты кофеина, колхицина, аминопирина, хлоралгидрата, обладающих потенциально мутагенным действием и потому представляющих опасность. Речь идет о том, что турингиенсин А задерживает вхождение многих клеток в митоз (резкое падение митотических индексов), ингибирует формирование веретена (даже на стадии метафазы) и цитокинез, индуцирует образование микроядер, хромоцентрических ядер и внутриядерное объединение хроматина, нарушает конденсацию и рассеивание хромосом. Авторы пришли к выводу, что, поскольку турингиенсин А определенно обладает мутагенными и/или цитогенетическими эффектами, необходима большая осторожность при его крупномасштабном использовании в растениеводстве (Sharma и Sahu, 1971, 1976).

Особую опасность представляет возможное влияние ГМО на аллергические реакции человека. К настоящему времени идентифицированы сотни индукторов аллергии, от которой страдает около 10 % населения. Необходима тщательная оценка потенциальной аллергенности трансгенных растений и полученных из них продуктов. Причиной токсичности соответствующего белкового продукта может также служить экспрессия маркерных (репортерных) генов. Поскольку аллергенный потенциал привнесенного с помощью трансгеноза белка в растение-реципиент обусловлен большим числом факторов, применение даже всех имеющихся на сегодня методов тестирования аллергенности не может дать полную гарантию пищевой безопасности ГМ-продукта (Семенюк, 2001), тем более, что широко используемые сельскохозяйственные растения содержат более десятка тысяч различных белков, часть из которых является аллергенами.

Сложность методов контроля многочисленных возможных последствий широкого использования трансгенных организмов хорошо известна. Так, в Германии проверка на безвредность генетически измененных растений, животных и микроорганизмов продолжается от 5 до 6 лет. В то же время реальная ценность многих оценок (аналогичных испытаниям пестицидов) остается весьма сомнительной. Обусловлено это несовершенством методов определения безопасности (риска) использования ГМ-растений, связанным со слабой пока научной базой экологических, медико-биологических и токсиколого-гигиенических оценок последствий широкого распространения трансгенных растений и Bt-защищенных культур. В этой связи практически невозможно доказать как полную безопасность использования трансгенных растений, так и проверить возможные негативные последствия.

Противоречивые оценки последствий ГМ-продукции связаны не только с их возможным влиянием на здоровье и окружающую среду, но и неоднозначным отношением к этому вопросу людей по нравственным и религиозным соображениям. А это в свою очередь предполагает широкое привлечение всего массива соответствующих знаний, в том числе обоснованных "общих соображений" и "здравого смысла". Для этого, однако, необходимо выйти за пределы медико-гигиенических проблем использования ГМО, включив эволюционные, социально-экономические и морально-этические критерии оценок. Недопустимо, во всяком случае, чтобы интересы межнациональных корпораций были выше интересов всего общества, а население бедных стран служило в качестве дешевого испытательного полигона для ГМ-продукции. Исторический опыт развития цивилизации свидетельствует о том, что когда достижения науки используют главным образом с позиций политической и экономической целесообразности, преграда, отделяющая добро от зла, действительно оказывается хрупкой и ненадежной (Лопухин, 2001).

10. Обычно при обосновании безопасности использования ГМО, в том числе трансгенных растений, ссылаются на аналоги, происходящие в природной среде (спонтанное скрещивание между близкородственными видами растений; перенос генов между видами с помощью плазмид, вирусов и пр.). Действительно, имеются многочисленные доказательства горизонтального переноса генов в процессе эволюции растений. Считается, например, что хлоропласты произошли эндосимбиотически от фотосинтетических бактерий, то есть от общего предка (Jacob, 1982). Наряду с ранним переносом ( 400 млн лет тому назад) от общего прародителя гена tuf A, который кодирует синтез белка (EF-Tu) в хлоропластах, был обнаружен ген rpl 22, перенесенный примерно 50 млн лет тому назад от общего прародителя бобовых из хлоропласта в ядро и детерминирующий синтез фибросомного белка (L22) (Ganit с соавт., 1984). Вместе с тем при обсуждении примеров горизонтального переноса генов обычно замалчивается тот факт, что наряду с положительными природными аналогами имеются и негативные примеры.

11. К числу опасностей широкого использования ГМ-растений относят возможность влияния целенаправленного изменения содержания какого-либо одного белка на изменение других белков. Показано также, что в полевых условиях устойчивая к глифосату трансгенная соя неожиданно оказалась чувствительной к действию высоких температур (Gertz с соавт., 1999). Широкое использование трансгенных растений, обеспечивающих устойчивость к вредным насекомым за счет синтеза специфических белковых токсинов (эндотоксины Bt), а также протеолитических ферментов, осложняется крайне низкой эффективностью экспрессии интродуцированных генов вследствие нестабильности матричной ДНК. Так, обычно на долю накопленного Cry-протеина приходится лишь 0,0002-0,002 % от общего количества растворимых протеинов, которых, как правило, оказывается недостаточно для защиты растений от вредителей. Поэтому в соответствии с требованиями Агентства по охране окружающей среды США в Bt-сортах должно содержаться достаточно высокое количество токсинов для уничтожения большей части растительноядных насекомых. И все же если учесть, что к настоящему времени уже известно более 500 видов, популяции которых обладают устойчивостью к инсектицидам, то вероятность преодоления Bt-токсиноустойчивости сортов и гибридов также достаточно велика. Кстати, использование Bt-устойчивых сортов не освобождает фермеров от необходимости проведения всех остальных мероприятий по борьбе с вредителями.

Бесспорно, пока нет веских оснований сдерживать исследования в области получения трансгенных растений и животных, как, впрочем, и для всеобещающих заявлений по этому поводу. Ошибочно было бы рубить яблоню только из-за того, что на ней могут появиться червивые плоды. В то же время нельзя и отрицать наличие определенного биологического и экологического риска при широком использовании трансгенных организмов. Показано, например, что растительные остатки трансгенных культур могут оказывать влияние как на генетичеcкую структуру и динамику численности популяций почвенной биоты, так и на функционирование различных структур и механизмов биоценотической саморегуляции агроценозов. Очевидна также связь между "здоровой пищей", "экологической устойчивостью" агроэкосистем и их "биологическим разнообразием". Само же использование трансгенных растений требует не только модифицированных технологий возделывания культур, но и значительно более высокого уровня экологического мониторинга, маркировки соответствующей продукции и т.д.

В целом степень риска при использовании трансгенных организмов следует оценивать с учетом долговременных интересов жизнеобеспечения всего общества. Бесспорно, произвольная изменчивость высших растений ограничивается "системой саморегуляции" и в этом одна из эволюционных гарантий безопасности использования методов трансгеноза в селекции растений. Многие опасности в научно-техническом прогрессе обусловлены, как известно, неопределенностью тех или иных знаний, а нередко и ошибочностью отдельных положений. Утверждается, например, что биобезопасность генной инженерии якобы обусловлена использованием "природных генов", присутствующих в растениях на протяжении всей их эволюции. Между тем известно, что характер проявления любого экспрессируемого гена и даже нейтральной мутации зависит от места ее расположения в геноме и генотипической среды (Четвериков, 1924).

Следует также учитывать, что ДНК-технологии представляют собой активное вмешательство человека в эволюционное развитие биосферы, последствия которого во многом пока остаются не ясными. Не случайно в соответствии с Национальной стратегией сохранения биологического разнообразия России, принятой на Национальном форуме в 2001 году, важнейшей задачей является "предотвращение распространения генетически измененных форм живых организмов, используемых в биотехнологиях, в открытые агроэкосистемы и природные экосистемы". Бесспорно, методы генетической инженерии значительно расширяют возможности управления наследственностью и изменчивостью сельскохозяйственных культур. Однако при этом они всегда будут оставаться лишь дополнительным, но не замещающим фактором в арсенале адаптивной системы селекции растений

Транcгеноз и эволюция

"Эволюционный подход дает возможность достаточно глубоко понять данные спе-

циальной биологической дисциплины". Н.В. Тимофеев-Ресовский и др. (1977)

Какие прогнозы можно сделать относительно взаимосвязи синтетической теории эволюции и трансгеноза? Какие последствия повлечет за собой повсеместное распространение генетически модифицированных растений и животных на фоне все возрастающих масштабов загрязнения и разрушения природной среды, а также демографического "взрыва"? Где и как следует искать ответы на эти и другие вопросы? Очевидно только, что степень риска использования генетической инженерии в природопреобразующей деятельности человека пропорциональна не только уровню его знаний, но и пониманию жизненно важной необходимости гармонизировать свои отношения с Природой. В настоящее время основная дискуссия при оценке риска использования ГМО ориентирована на конечный продукт, тогда как возможные эволюционные последствия генетической инженерии остаются без внимания. В чем же конкретно результаты и тенденции генетической инженерии растений противоречат известным законам естественной эволюции биосферы и в чем опасность нарушения этих законов? Попытаемся ответить на эти непростые вопросы.

Важнейшей особенностью, отличающей Homo sapiens от многих миллионов других биологических видов, является то, что при увеличении плотности человеческой популяции на ограниченном жизненном пространстве ускоренными темпами продолжается рост ее численности. Другими словами, человек является "неумеренным видом" прежде всего в том смысле, что численность его популяции оказывается неподвластной законам саморегуляции. Другая особенность Homo sapiens состоит в его необыкновенной способности к преобразованию абиотической и биотической среды. Оценивая антропогенное воздействие человека на природу, В.И. Вернадский считал его равным по масштабам действию геологических сил. Между тем нет никаких гарантий того, что дальнейшее развитие человечества будет происходить при решающем влиянии коллективного разума, то есть по сценарию перехода биосферы в ноосферу. Наиболее ярким примером тому являются не только "разлад с природой" на 37 % суши Земли, занятой сельскохозяйственными угодьями, но и миллионы гектаров пустынь, простирающихся на территориях, покрытых еще в недавнем прошлом буйной растительностью. С учетом этого открывающиеся возможности генетической инженерии вызывают не только восхищение, но и чувство беспокойства. И если исходить из того, что экологическое равновесие биосферы Земли является промежуточным, то есть ограниченным тем или иным сроком, состоянием, то безграничное вмешательство человека в естественную эволюцию "живого" может изменить как экологическую ситуацию, так и направление эволюции. Можно надеяться лишь на то, что адаптация самого Homo sapiens к окружающему миру посредством познания (суть культурной эволюции) будет опережать темпы и масштабы антропогенного вмешательства в процессы естественной эволюции.

С открытием возможностей генетической инженерии (управление наследственностью по произволу) человечество вплотную приблизилось к возможности создания такого живого мира, которого на Земле еще не было и закономерности развития которого никому неизвестны. Однако увеличивая свое влияние на биосферу человек должен опираться не только на законы эволюции и новые технологии, но и на иные стратегические цели и новые критерии "качества жизни", базирующиеся на умеренности и благоразумии. Тот факт, что живая материя эволюционирует по определенным законам (многие из которых остаются пока нам неизвестными), вовсе не уменьшает опасности вмешательства человека в изменение уже известных законов наследственности и изменчивости живых организмов. Вот почему у любого научного направления были и будут не только свои защитники, но и еретики!

Биосфера эволюционировала по законам "умножения числа видов" и их "экологической специализации". При этом в основе увеличения биоразнообразия лежит репродуктивная изоляция каждого вида. В этом и заключается один из постулатов синтетической теории эволюции (СТЭ): поток генов возможен только внутри вида, который является генетически целостной замкнутой системой. Между тем генетическая инженерия позволяет в соответствии с желанием (а порой и прихотью) Homo sapiens проводить "гибридизацию без границ", игнорируя процессы "экологической специализации" новых генотипов, что неизбежно может изменить весь устоявшийся в биосфере ход сукцессионных процессов. Примеры последствий неконтролируемого распространения тех или иных видов растений, животных, микробов и вирусов весьма многочисленны и хорошо известны. При этом все эти катастрофические ситуации вызывали не "монстры, полученные в пробирке", а проверенные уже длительной эволюцией организмы (водоросли, микроорганизмы, вирусы, цветковые растения, животные и др.).

Биологическое разнообразие биосферы лежит в основе ее экологического равновесия, что в свою очередь является главным фактором жизнеобеспечения и самого Homo sapiens. Уже тот факт, что из 5 тыс. окультуренных видов растений человек в настоящее время для удовлетворения 90 % своих потребностей в продовольствии использует лишь 20, из которых 14 принадлежит всего лишь к двум семействам, указывает на реальную опасность существенного уменьшения биологического и генетического разнообразия агроэкосистем при широком распространении ГМ-растений и сортов. Известно, что именно в результате повсеместного возделывания генетически однотипных сортов и гибридов, созданных традиционными методами селекции, в XX столетии сельское хозяйство мира сотрясали эпифитотии гельминтоспориоза, ржавчины, фомопсиса и др. При этом такая культура, как желтый люпин, считающаяся в условиях России "северной соей", была практически полностью уничтожена антракнозом. Другим неизбежным следствием уменьшения биологического разнообразия агроэкосистем станет значительно бoльшая их зависимость от "капризов" погоды (меньшая экологическая защищенность), ограниченные возможности утилизировать благоприятные факторы окружающей среды (плодородие почвы, особенности климата, погода и пр.), необходимость увеличения затрат исчерпаемых ресурсов (техногенных факторов) на каждую дополнительную единицу урожая, в том числе пищевую калорию. А это в свою очередь лишь увеличит масштабы разрушения и загрязнения природной среды, а следовательно, и нарушения экологического равновесия биосферы.

Является ли генетическая инженерия фактором микро- или макроэволюции? Известно, что в процессе микроэволюции возникают признаки не выше видовых, тогда как генетическая инженерия позволяет создавать формы растений с признаками самых отдаленных в таксономическом отношении видов. Следовательно, преодолевая репродуктивную изоляцию видов, принадлежащих к разным царствам, трансгеноз по существу обеспечивает макроэволюционный процесс, являясь как бы соответствующим экспериментом. Таким образом, речь идет не просто об управлении формообразовательным процессом, в том числе за счет скрещивания с дикими видами, что делают безымянные и известные селекционеры растений на протяжении последних 10 тыс. лет, а об управлении процессом видообразования, характерной особенностью которого действительно является "гибридизация без границ". Это в свою очередь означает, что трансгеноз является прямым вмешательством человека не только и даже не столько в селекцию, сколько в эволюцию. Однако если учесть, что согласно СТЭ изменчивость носит случайный (!) характер (хотя у высших эукариот это относится в основном к мутационной изменчивости), а эволюция непредсказуема, то бoльшие вероятность ошибки и степень риска при "целенаправленном" (по прихотям, наитию, целесообразности и пр.) управлении эволюционным процессом на основе широкого использования ГМО становятся очевидными.

В то же время одним из важных эволюционных проявлений является высокий уровень интегрированности морфогенеза и адаптивных реакций у высших организмов. В результате изменчивость последних, особенно в процессе мейотической рекомбинации, оказывается далеко не случайной. Следовательно, в процессе естественной эволюции высшие эукариоты не способны к любым изменениям, а их генетическое постоянство (status quo) обеспечивается многими механизмами (репродуктивная изоляция, эпигенез, элиминация в процессе естественного отбора и т.д.). Бесспорно, в природе среди бесчисленного разнообразия форм имеется немало примеров и неадаптивности, в том числе уродств (нейтральные, бессмысленные и вредные признаки). Однако это не меняет общей картины упорядоченности живого мира, включая усиление процессов и механизмов адаптации, в том числе саморегуляции и саморазвития.

С появлением трансгеноза генофонд видов превращается из закрытой в открытую информационную систему, а дивергентная по своей сути эволюция становится конвергентной. Каковы же возможные последствия "размывания" видов, то есть ранее защищенного генофонда? Известно, что еще в XIX веке Фокке была составлена сводка, включающая более 4 тыс. межвидовых гибридов растений, существующих в природе. Следовательно, межвидовую гибридизацию (смешение генофондов) можно рассматривать в качестве представленного и закрепившегося в процессе эволюции биосферы явления. При этом у рыб, птиц и млекопитающих в природе существуют не только межвидовые гибриды, но даже и соответствующие гибридные зоны. Кроме того, за пределами репродуктивной защищенности генофонда каждого вида остается огромное число форм без полового процесса (прокариоты, низшие и высшие эукариоты), не обладающих такой защищенностью. Все это свидетельствует о том, что само по себе преодоление репродуктивной изоляции видов еще не представляет какой-то особой опасности. Однако ситуация в корне меняется, когда речь идет об использовании возможностей целенаправленной "гибридизации без границ" для получения ближайших частных выгод, о неконтролируемом переносе трансгенов в экосистемах и т.д.

Методы генетической инженерии, допуская произвол в создании ГМО, принципиально отличаются от известных факторов естественной эволюции, которые ретроспективны по своей природе и испытаны в течение многих миллионов лет. Что же касается последствий "гибридизации без границ", то есть управления формообразовательным процессом по произволу, то о них можно пока только догадываться. Считается, что жизнь на Земле возникала многократно, затем заходила в тупик, погибала от какой-то катастрофы, которых на нашей планете было немало; после этого все начиналось с начала (Гериберт-Нильсон, 1953). Нельзя допустить, чтобы ГМО стали бы причиной нового апокалипсиса.

Эволюционная стратегия высших растений обеспечивается за счет разрешения противоречия между требованиями максимальной приспособленности в настоящем и сохранения возможности изменяться в будущем (Darlington, 1939; Mather, 1943). При этом громадное генотипическое (видовое и экотипическое) разнообразие у цветковых растений, то есть их высокий потенциал филогенетической адаптации (стратегия "умножения числа видов"), как бы компенсирует в масштабе растительного царства ограниченные возможности онтогенетической адаптации каждого вида растений в отдельности при их экологической специализации. В этом смысле основные стратегии развития дикорастущей и культурной флоры должны совпадать. Это в свою очередь означает, что высокое биологическое разнообразие культивируемых видов и сортов растений, а также агроэкологическое "разделение труда" между ними должны лежать в основе как адаптивной системы селекции, так и генетической инженерии.

Известно, что общность и параллелизм "живого" представлены как на молекулярном (закон биохимической универсальности, общность информационных и энергетических циклов, сходство ферментов, участвующих в обмене белков и др.), так и на организменном уровнях. Еще Дарвин отмечал параллелизм (подобие) в изменчивости организмов. Так, филогения паразита отражает филогению его хозяина. Более того, установлено, что между паразитом и хозяином существует межгенная комплементация (Chakravorty с соавт., 1977), а коэффициенты специфичности ДНК самых различных хозяев и поражающих их вирусов коррелируют между собой (Колосов, 1975). Вот почему считается, что трансгеноз как бы находится в русле эволюционно-аналоговой деятельности человека, особенно в сфере сельскохозяйственного природопользования. Если учесть, что эволюционные изменения могут рассматриваться только как экосистемные (Шварц, 1980), то роль ГМО как новой информационной составляющей эволюции ценозов и биосферы казалось бы не должна вызывать особого беспокойства.

Однако если исходить из положения Любищева (1973) о том, что господствующий принцип эволюции, по крайней мере, высших таксонов - параллелизм, а не дивергенция, то вполне логичным является предположение, что перенос экзогенной генетической информации может носить взрывообразный характер и при невысокой специфичности переносчика (в нашем случае трансгена) охватывать одновременно многие (особенно близкие) виды (Кордюм, 1982). Установлено, например, что одной из особенностей транспозиции является быстрое распространение в целой популяции информации, переносимой транспозонами. При этом эпидемический характер видообразования включает массовое стихийное появление новых признаков сразу на громадной территории (Берг, 1977). И хотя в дальнейшем под действием естественного отбора в новых таксонах сохранялись позитивные признаки, а вредные элиминировались, сам таксон мог навсегда исчезнуть из обменного генофонда ценоза и биосферы. Следовательно, при всей эволюционной гибкости биосферы существует опасность за счет трансгеноза (как одного из антропогенных факторов) создать не имевшее исторического прецедента изменение эволюционной траектории развития живого на Земле.

Таким образом, можно предположить, что при широком использовании трансгеноза принципиально изменится эволюционная ситуация: информационно закрытые системы, каковыми исторически являются культурные виды и дикие родичи растений, окажутся открытыми для прямого обмена генетической информацией практически со всеми живыми организмами Земли. Скорость и направление эволюционного процесса в биосфере могут существенно измениться под влиянием лавинообразного увеличения числа ГМО. При этом непредсказуемые сукцессии в биосфере могут происходить в результате реализации средообразующих возможностей самих трансгенных организмов. Заметим, что большинство вариантов биоценотических отношений, в том числе формирование консорций, эволюционно апробировано. В то же время изменение информационного окружения или его составляющих при широком распространении ГМО может повлиять на структуру экзометаболитов, биогеохимические циклы, пищевые цепи, процессы биосинтеза, динамику и генетическую структуру популяций биогеоценозов и пр.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 1275; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!