Fremtidens 10 planter, der vil ændre spillets regler

Fremskridt inden for bioteknologi har gjort det teoretisk muligt at gøre næsten alt med planter. Faktisk har mange af de planter, vi har i dag, allerede ændret sig til ukendelighed fra, hvad de plejede at være. Gulerødder havde oprindeligt hvide, magre rødder; fersknerne var salte og på størrelse med kirsebær; vandmelonerne var små og bitre; og auberginerne lignede æg.

Vores verden - eller i det mindste vores supermarkeder og haver - ville se anderledes ud uden genetisk modifikation. Men GM-afgrøder har også betydelige ulemper, og trods alle deres løfter om at hjælpe os med at komme ud af vores rod, er det tydeligt, hvordan de bringer os mere.

Men her er nogle af de mest opfindsomme og vovede måder, som folk ikke vil lade være i fred.

10. Super luftrensende pothos

Typisk for mennesker gør vores brændstoftunge tilgang til luftrensning med elektriske luftrensere kun problemet værre. For at give et alternativ har det franske firma Neoplants genetisk modificeret pothos (djævelens vedbend) planten ned til rødderne for at genbruge luftbårne forurenende stoffer. De kalder den Neo P1 og tilsyneladende er den "i stand til at gøre jobbet med at rense luften for op til 30 planter."

Planter er naturligvis bedre til at absorbere og metabolisere flygtige organiske forbindelser (VOC'er), men Neo P1 er udviklet til at udmærke sig, især mod indendørs VOC'er såsom benzen, ethylenglycol, formaldehyd og toluen. Intet er spildt; forbindelserne nedbrydes og forarbejdes til vand, sukkerarter og aminosyrer, som Neo P1 har brug for for at vokse, samt ilt til at blive frigivet til luften. For at øge dens effektivitet indeholder plantens rødder også gener for ekstremofile bakterier (bakterier, der har udviklet sig til at overleve i ugæstfrie miljøer ved at fodre med toksiner).

Som navnet på deres første plante antyder, håber Neoplants at skabe flere luftrensende planter i fremtiden. De ser også deres arbejde som nyttigt i "kampen" mod klimaforandringerne.

9. Nitrogenfikserende afgrøder

Med rette eller forkerte er vi besat af kostprotein. Og bælgfrugter (bønner, bælgfrugter, jordnødder) er nogle af de bedste plantekilder - ikke kun på grund af hvor meget protein de indeholder, men også på grund af hvordan de producerer det.

Protein kræver nitrogen, som har begrænset biotilgængelighed (dvs. tilgængeligt til brug af organismer), så det tilsættes til gødning. Men i modsætning til de fleste planter plukker bælgfrugter det ud af den blå luft. Dette kaldes "nitrogenfiksering". Genmodificering af andre basisafgrøder til at gøre det samme ville revolutionere landbruget rundt om i verden, især i fattige lande, ved at eliminere behovet for dyre klimanedbrydende gødninger.

Men kritikere siger, at dette vil tage lang tid og pege på eksisterende problemer med GM-afgrøder, såsom herbicid-resistent ukrudt. Og der er naturligvis andre, mere direkte måder at bekæmpe global fattigdom på.

8. Kokaintobak

Dette ændrer indirekte spillereglerne. Forvent ikke, at din lokale forhandler tilbyder en speciel ny slags skinnende hvid tobak. Forskere var interesserede i at genetisk modificere kokainproduktionsanlæg for at studere dets udvikling som et pesticid og dets potentielle medicinske anvendelser.

Kokainproduktion fra kokaplanter har længe været omgærdet af mystik, blandt andet på grund af den arbejdskrævende karakter af at dyrke koka i laboratoriet. Svaret, som kinesiske videnskabsmænd kom med, var at genetisk rekonstruere den biokemiske vej for kokainproduktion i tobaksplantens genom. De efterlod nogle led i kæden, som tobaksplanten kunne opfinde på egen hånd, og resultatet blev tobaksblade indeholdende kokain. Konsekvenserne for opdagelse af lægemidler er betydelige.

Mængden af produceret kokain var ikke nok til at gøre den til en levedygtig sortmarkedsvirksomhed, og under alle omstændigheder er processen for teknisk for det gennemsnitlige hemmelige stoflaboratorium, sagde forskerne. Det arbejder forskerne dog selv med i håbet om at øge tobaksfabrikkens produktivitet.

7. Kål med skorpiongift

Genetisk modifikation og pesticider er to af de mest giftige bidrag fra mennesker som art. Så hvorfor ikke kombinere dem til én? I et forsøg på at rette op på den skade, vi har gjort, tog videnskabsmænd et giftgen fra haler på dødelige skorpioner, konstruerede det til kun at dræbe insekter og puttede det i kål. Hvad kunne gå galt?

Selvom tidlige test ikke har bekræftet nogen toksicitet for mennesker, er konceptet fyldt med problemer. For det første testede undersøgelsen humane brystkræftceller in vitro, snarere end sunde humane celler in vivo. Derudover kan selve kålen tage skade. Genetisk modifikation kan undslippe og inficere umodificerede prøver. Og som med eksisterende pesticider kan det destabilisere hele økosystemer.

FDA har dog en lang historie med at ignorere sådanne problemer, når de godkender GMO'er, selvom de ikke opnår noget. I dette tilfælde, da pesticideffekten af giftig kål afhænger af de insekter, der faktisk spiser det, er det sandsynligt, at landmændene også vil bruge pesticidspray til at holde insekterne i skak. Med andre ord vil forbrugerne modtage dobbelt så mange toksiner.

6. Endospor Eg

Egetræer er ifølge videnskabsmænd utålelig ineffektive. Ikke alene producerer de mange flere agern, end de nogensinde slår rod, men de spilder også millioner af celler ved at kaste deres blade hvert efterår. Hvad hvis disse celler i stedet for at rådne på jorden blev til millioner af sporer, båret af vinden, som hver især var i stand til at klone sin kilde. Dette ville være den bedste evolutionære strategi, og tilsyneladende "er der intet biologisk princip... der forbyder... [reproduktion] med hverken sporer eller frø." Og i modsætning til agern kan endosporer forblive levedygtige i millioner af år.

Men igen, der er alvorlige problemer. Egetræer med endosporer er én ting, men hvad med pileurt med endosporer? Medmindre denne særlige genetiske modifikation er strengt begrænset til "nyttige planter" (og selv da), "kan superukrudt overvinde Jorden."

Som altid, bare fordi vi ser et hul i markedet, så at sige, betyder det ikke, at vi skal udnytte det. Træer ville jo også være mere effektive, hvis de udviklede sig til at "gå" hurtigere, end de gør nu, og hvis de lærte at jage ved hjælp af giftige gasser eller torne. Det er bare ikke den verden, de fleste af os ønsker.

5. Super nærende frugter og grøntsager

At genmodificere planter for at give større næringsværdi er ikke noget nyt. Vi har allerede proteinberigede kartofler, majs og ris; hørfrø med et højt indhold af omega-3 og -6; Tomater med Snapdragon-antioxidanter; og salat med mere optageligt jern. Der er også gulerødder, som øger vores calciumoptagelse, og den såkaldte "gyldne banan" - en australsk frugt opnået ved at krydse en almindelig banan med en appelsinsort fra Papua Ny Guinea, der har et højt indhold af provitamin A. Dog lavt provitamin A. niveauer er normalt årsagen er menneskelig indgriben. mad kommer først. Så vi er skeptiske.

Forskere, der håber at revolutionere vores afgrøder inden 2028, sætter deres håb til ultrapræcis CRISPR-Cas9-genredigering. Mulighederne er mange (og dumme): bønner, der smager af kyllingenuggets; gulerødder med kartoffelchipssmag; pommes frites med hamburgere i midten; og solsikkekerner på størrelse med et lille æg, så de kan spises som æbler.

Nogle mindre barnlige ideer omfatter allergivenlige jordnødder og linser med samme mængde protein som kød. Men de rejser alle spørgsmål om, hvor meget kontrol mennesker skal have over naturen, især i betragtning af det rod, vi har skabt af os selv.

4. Forurenende poppel

Phytoremediering er den proces, hvorved nogle planter renser forurenende stoffer - trækker forurenende stoffer gennem deres rødder, nedbryder dem til harmløse biprodukter og enten bruger dem eller frigiver dem til luften. Dette er en anden måde at sætte planter på arbejde for at reparere den skade, vi har forårsaget. Men ifølge forskerne gør de det ikke godt nok. De er for langsomme.

Løsningen var at genmodificere poppeltræer for at nedbryde trichlorethylen (TCE) mere effektivt. TCE er den mest almindelige grundvandsforurening, der findes på de mest forurenede steder i Amerika. Engang promoveret af den farmaceutiske industri som et bedøvelsesmiddel, er det nu et kendt kræftfremkaldende stof, der vedvarer i lange perioder i luften, vandet og jorden, uanset hvor det bruges. Og i betragtning af dets fortsatte brug i mange husholdningsrengøringsprodukter, bliver dette problem kun værre.

Forskning i genetisk modificeret fytoremediering er dog lovende. Mens umodificerede popper kun fjernede tre procent af TCE fra opløsning, fjernede popper behandlet med yderligere kaninleverenzymer så meget som 91 procent. De havde det også bedre, visnede ikke som sædvanligt, men blev faktisk stærkere. Og de kan ikke kun håndtere TCE, men også med en række andre kemikalier, herunder vinylchlorid (bruges til at fremstille plastik) og benzen (et luftforurenende stof fra olie).

3. Podning af banan

De (kunstigt oppustede) omkostninger ved vacciner betyder, at tredjeverdenslande ofte ikke får dem, og børn fortsætter med at dø af sygdomme, som er let at forebygge, såsom diarré. En løsning, som videnskabsmænd har fundet på, er at genetisk modificere afgrøder for at inkorporere vacciner i deres genom.

Et tidligt proof of concept leverede succesfuldt hepatitis B-antigener til rotter fra en specielt konstrueret kartoffel. Men da kartofler ikke spises rå, gik undersøgelsen over til bananer. De er ikke kun billige, men har også bevist sig i "udviklingslande". Ifølge dem ville blot 10 hektar vaccine-bananplantager være nok til at vaccinere alle børn i Mexico under fem år.

Men at administrere vaccinebananen korrekt er ikke så simpelt som at skrælle skrællen og spise den. Planen er at purere frugten og flaske den (10 doser pr. flaske), så hver patient får den korrekte dosis. Forskere har eksperimenteret med andre afgrøder, herunder salat, gulerødder og tobak.

2. DARPA Smart Trees

I 2017 annoncerede Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en indkaldelse af forslag til deres Advanced Plant Technologies (APT) program. De er særligt interesserede i at genmodificere planter for at "samle information" om miljøpatogener og stråling, for eksempel. Efter at have opdaget tilstedeværelsen af det, de er beregnet til at detektere, vil "vagtpostplanter" "rapportere" gennem "subtile responsmekanismer" såsom subtile ændringer i bladfarve.

I modsætning til komplekst udstyr giver planter stealth, nem distribution og uafhængighed af energi. Og konceptet er allerede bevist. I 2011 udviklede forskere med succes en TNT-detekterende plante, hvis blade bliver farveløse i nærvær (i jord eller luft) af TNT-molekyler. Og alle planter reagerer naturligt på deres miljø gennem input/output dynamik, der kan sammenlignes med computers. Ligesom bombe-sniffende hunde er dette simpelthen et tilfælde af træning af naturlige mekanismer for bedre at tjene militæret.

DARPA ønsker dog at gå videre end blot at slå biocomputing til og fra, mod mere nuanceret detektion og pålidelig, detaljeret rapportering. De har endda udtrykt interesse for at få ingeniørinstallationer til at opfange elektromagnetiske signaler.

1. Dyson træ

Du har sikkert hørt om Dyson-sfæren. Foreslået af fysikeren Freeman Dyson, er det en hypotetisk struktur bygget til at omgive en stjerne og fange dens energi. Mindre kendt er Dyson-træet. Genmanipuleret til rummet, med en tyk glasagtig bark, der lukker sollys ind og forhindrer varme i at slippe ud, ville denne hypotetiske plante blive sået på en komet og skabe sin egen atmosfære. I teorien kunne det understøtte et helt økosystem – i det mindste for en tid – med kometens indre udhulet for indbyggere, og kometens is og kulstof giver alt, hvad det "bladrige rumskib" har brug for.

Hvis det her lyder som science fiction, er det fordi det er det. Men dette er ikke uden for mulighedens område. Planter som voodooliljen og ådselblomsten producerer deres egen varme; faktisk genererer skunkkål op til 60 grader Fahrenheit, hvilket er nok til at smelte den frosne jord omkring den.

Der er heller ikke mangel på kometer. Kuiperbæltet hinsides Neptun, som indeholder billioner af kometer, kan potentielt blive sået med nok Dyson-træer til at blive en kosmisk "øgruppe af bystater". En Dyson-komet på størrelse med Manhattan kunne brødføde millioner af mennesker alene. Og med lidt tyngdekraft ville det ikke kun være nemt at hoppe mellem kometer, men bygningerne på hver af dem kunne være højere end dem på Jorden.