Uprawy dekarbonizacyjne – hit czy kit bioinżynierii?

Postanowiłam zatem przyjrzeć się pracy opublikowanej właśnie na łamach „Environmental Research Letters”, a pochodzącej z Scripps Institution of Oceanography i School of Global Policy and Strategy (GPS) na University of California w San Diego, która modeluje tę, nazwijmy ją bioinżynieryjno-rolniczą, metodę radzenia sobie z nadmiernymi emisjami CO₂. 

Rośliny modyfikujemy od lat

Z czym kojarzy nam się np. pochodząca z Ameryki kukurydza – jedna z podstawowych masowo uprawianych roślin, z których korzystamy tak w bezpośredniej konsumpcji, jak i wykorzystujemy do produkcji pasz czy nawet w przemyśle? Należę do pokolenia, które jeszcze pamięta z opowieści rodziców, że słowo to było kiedyś zasadniczo reglamentowane, a to za sprawą, iż Pierwszy Sekretarz Komunistycznej partii ZSRR Nikita Chruszczow uprawiał ją (kazał ją masowo uprawiać) dosłownie wszędzie. I stąd Jan Pietrzak, nie mogąc w Kabarecie pod Egidą śpiewać o kukurydzy, miał w repertuarze piosenkę, która szła tak: „Kalarepa, z rodziny tej co rzepa, uprawiać można w stepach, a przy tym chodzić w trepach”. Pieśń ta pouczająca miała wiele wspólnego z kwestią rozwoju nowoczesnej na owe czasy uprawy na terenie Związku Radzieckiego, choć kalarepa należy do rodziny tej, co kapusta. 

Kukurydza jednak i inny powszechnie uprawiane zboża (od ryżu przez pszenicę po proso), soja czy ziemniaki, trzcina cukrowa, maniok czy palma olejowa to podstawa wyżywienia naszej globalnej wioski, a jednocześnie grupa organizmów samożywnych. Oznacza to, że aby rosnąć, trwać i mnożyć się, muszą one asymilować dwutlenek węgla z atmosfery, jak wszelkie inne rośliny. Od których różnią się jednak tym, że ich biologię poznajemy wnikliwie i opisujemy od 10-12 tys. lat, czyli zamierzchłego paleolitu, gdy ludzie zaczęli się przestawiać z gospodarki łowiecko-zbieraczej na rolniczą. Odkąd zaś poznano naturę materiału genetycznego (a wszystkie te Prawa Mendla zawdzięczamy innej od lat uprawnej roślinie, czyli grochowi) i niedługo później nauczono się ową naturą manipulować, rośliny stały się ulubionym obiektem prac bioinżynierów. 

Dodajmy – specjalistów z ambicjami. Gdyż rośliny uprawne dzięki wielopokoleniowym wysiłkom naszych przodków, nie mają na ogół tak po prostu, niczym szczur laboratoryjny, dwóch kompletów chromosomów, jednym po mamie, drugim po tacie. Przez tysiące lat z dzikich i skonstruowanych genetycznie jak Pan Bóg przykazał roślinnych przodków udało się bowiem uzyskać tzw. poliploidy (mają po wiele kompletów chromosomów jednocześnie). Ponadto już w czasach zasadniczo poprzedzających erę pary i elektryczności, a nie tylko naszą epokę bioinżynierii i informatyki, uzyskiwano odmiany mrozooporne, odporne na choroby, bardziej plenne…. 

Zawsze dotąd chodziło przy okazji roślin uprawnych o wykarmienie nimi jak największej (i rosnącej) ludzkiej populacji. Marzenie o świecie bez klęsk głodu, a nawet bez przednówka, napędzało ciężką pracę licznych uczonych, której efekty nie tylko obsiewają czy obsadzają nasze pola, ale są pieczołowicie przechowywane w bankach nasion rozsianych po świecie, a gromadzących genetyczne bogactwo roślin uprawnych i ich dzikich przodków.

Nowe zastosowanie roślin

Po raz chyba pierwszy natomiast uczeni z Kalifornii postanowili kompleksowo przyjrzeć się roślinom uprawnym jako „odkurzaczom CO₂”.  

Możemy zatem na łamach „Environmental Research Letters” przeczytać najpierw, że z najnowszego raportu Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu wynika, że jeśli społeczeństwo ma mieć szansę na przeciwdziałanie skutkom globalnych emisji CO₂, musi znaleźć sposób na usuwanie od 5 do 16 miliardów ton tego gazu cieplarnianego rocznie. I trzeba ten dwutlenek „odessać z atmosfery” ponad to, że trzeba owe emisje zmniejszyć po prostu – tak twierdzą klimatolodzy. Zaprzęgnięcie rolnictwa do rydwanu walki z obserwowanymi zmianami klimatycznymi  jest tu o tyle istotne, że jasne, iż zmiany klimatyczne w znacznym stopniu wpłyną na uprawy, choćby stanowiąc źródło długotrwałych susz i gwałtownych powodzi, nieurodzajów i rozprzestrzeniania się chorób infekcyjnych, takich jak zarazy roślin czy pomory zwierząt.  

Zatem wg specjalistów z San Diego, wśród których pierwsze skrzypce grała Daniela Faggiani Dias, „genetycznie ulepszone uprawy roślin o powiększonych systemach korzeniowych dają społeczeństwu szansę na osiągnięcie niezbędnego obniżenia stężenia dwutlenku węgla w atmosferze”. Ich badanie polegało na modelowym porównywaniu ich rozwiązania rolniczo-bioinżynieryjnego z innymi proponowanymi metodami usuwania dwutlenku węgla. Głownie chodziło o możliwość ich potencjalnego zastosowania na skalę globalną.   

Z szacunków na papierze kalifornijskim specjalistom wyszło, że wymyślone przez nich teoretycznie „uprawy wzbogacone węglem” mogłyby w ciągu 13 lat od pierwszego wdrożenia usuwać 0,9–1,2 gigaton CO₂ rocznie – powiedzmy sobie, że to średnio 10 proc. tego, co sekwestrować trzeba. I siedem razy więcej, niż się globalnie sekwestruje dziś. Olbrzymia ilość, gdyby była możliwa do osiągnięcia.  Owe rośliny uprawne miałyby wprowadzone zmiany genetyczne sprawiające wzmocnienie i rozbudowanie ich systemów korzeniowych, tak by akumulowały one w sobie więcej organicznego węgla w formie biomasy. Zespół badawczy, dla modelowania tej nowej, nieistniejącej jeszcze w sumie technologii, wykorzystał przykłady z historii, aby zobaczyć, jak długo zajęło nowym technologiom upowszechnienie się oraz jakie bariery musiały pokonać na swej drodze.

Jakie są wady takiego rozwiązania

Wg autorów publikacji w „Environmental Research Letters” skalowanie w górę technologii „upraw wzbogaconych węglem” zależy od polityki – bo to ona decyduje o uprawie roślin transgenicznych, dostępnych takim roślinom ewentualnie areałach etc. Gdyby podejść do zagadnienia znacznie bardziej permisywnie, niż jest ono regulowane dziś, uprawy te skalują się do poziomów usuwania węgla z atmosfery niczym sekwestracje podziemne, nawet jeśli magazynowanie węgla w glebie jest mniej trwałe niż magazynowanie geologiczne. Dlaczego? Bo biomasa – o ile nie ulegnie zwęgleniu, a do tego trzeba dość specyficznych warunków geologicznych, które dziś nie są spełniane poza namorzynami i zalewiskami – przy dostępie tlenu zawsze szybciej lub wolniej utleni się do dwutlenku węgla. Zrobią to reducenci, pracowite grzyby i bakterie. Ów zaś CO₂ zostanie ostatecznie ponownie ulotniony do atmosfery. 

Zespół badawczy z San Diego nie ma zatem w rękach owych zmodyfikowanych genetycznie roślin uprawnych, stara się jednak ocenić, wymodelować nawet, co się stanie, gdyby udało się je upowszechnić, jako strategię radzenia sobie z nadmiernymi emisjami CO₂ do atmosfery. Wybrano do modelu rośliny uprawne, bo jak wspomniałam – zbieramy o nich informacje od 10 tys. lat, więc coś pewnego potrafimy już powiedzieć. Zapytałam zatem bioinżyniera roślin, dr. Marka Daniela Kotera z Katedry Genetyki, Hodowli i Biotechnologii Roślin w Instytucie Biologii SGGW w Warszawie o opinię na temat modeli z Kalifornii, gdy patrzy na nie właśnie specjalista od uzyskiwania w roślinach modyfikacji genetycznych. 

Uświadomił mi on, że „choć tworzenie roślin transgenicznych wychwytujących dwutlenek węgla z atmosfery jest pomysłem ciekawym, jednakże zanim by się takie rośliny powszechnie stosowało, trzeba by zastanowić się czy nadmierne inwestowanie przez rośliny energii w system korzeniowy nie osłabi plonów. Po drugie powstaje zauważona przez autorów opracowania kwestia, w jaki sposób dwutlenek węgla, jako składnik substancji organicznych, byłby zatrzymywany w glebie przez dziesiątki, setki lub tysiące lat”. Jako specjalista w tym zakresie, dr Koter przypomniał również, że „w procesie hodowli roślin (czyli tworzenia nowych odmian), często dążono do zmniejszenia objętości systemu korzeniowego na korzyść rozwoju nasion (np. zboża mają mniejszy system korzeniowy w porównaniu z dzikimi krewniakami, trawami)”. Niepokój bioinżyniera zatem o wynik dla plonów procesu odwrotnego nie jest wcale taki bezpodstawny. 

Na koniec ośmielę się wrócić do wspomnianego na początku Chruszczowa. Wprowadzana przez niego konsekwentnie przez dekady monokultura kukurydzy to nic dobrego ani dla samej kukurydzy, ani dla żyzności i stosunków wodnych w glebie, gdzie się ją bez przerwy rok za rokiem zasiewało, ani dla – i tu paradoks – bezpieczeństwa żywnościowego. Tylko bioróżnorodność upraw owo bezpieczeństwo ewentualnie zapewnia, bo nie ma takiej choroby zakaźnej na świecie, która zabije wszystkie odmiany danego gatunku. O ile tych odmian jest bardzo wiele. Im ich więcej, tym łatwiejsze staje się również uzyskiwanie kolejnych odmian, zwłaszcza, jeśli dostępne są nam (dla danej rośliny czy w danych warunkach polityczno-prawnych) jedynie metody tradycyjnej hodowli roślin, bez wsparcia bioinżynierią genetyczną.

Jeśli sekwestracja CO₂ miałaby wymagać, by różnorodne odmiany konkretnych gatunków roślin uprawnych zastąpić ta jedną czy dwiema odmianami magazynującymi dwutlenek węgla w formie organicznej w rozrośniętych korzeniach, stosunki wodne w glebie być może się poprawią, sekwestracja dwutlenku nastąpi, ale bezpieczeństwo żywnościowe zmniejszy się istotnie. Agrobiocenozy są nie mniej skomplikowanymi biocenozami, niż wszelkie inne. Model z Kalifornii moim zdaniem nie bierze tego w ogóle pod uwagę. A chyba trzeba. Inaczej któregoś dnia „uprawiać można w stepach, a przy tym chodzić w trepach”.