Открытие этих прыгающих генов, получивших техническое название транспозонов, дало начало целой волне исследований в 1980-х и 1990-х годах. Эти специфические цепочки ДНК способны неоднократно вырезать и встраивать самих себя в различные участки генетического кода организма. Их сделало известными – и, в конечном счёте, возможно, печально известными – то, что транспозоны одного организма можно использовать, чтобы встроить новую генетическую информацию в ДНК совершенно неродственных организмов.
Многие из исследований, использующих транспозоны, проводились на плодовых мушках. Плодовая мушка Drosophila – один из основных объектов экспериментальной генетики, поскольку она быстро размножается и её генетический код хорошо известен. В начале 1980-х годов Джеральд Рубин и Алан Спрэдлинг из Института Карнеги обнаружили у Drosophila транспозон, который можно использовать, чтобы включить в геном этих мух новую генетическую информацию. Им удалось изменить генетический код транспозона и повторно встроить его в геном мухи. Благодаря этому действию им удалось создать муху с новым генетическим кодом, который мог передаваться следующему поколению. Они создали трансгенный вид – совершенно новый вид, с генетическим кодом, созданным не природой, а наукой.
Эти ранние эксперименты изменили в новой мухе очень немногое. Большая часть её генетического кода была такой же, как у не изменённого вида. Но некоторые признаки, вроде цвета или типа глаз, могли быть изменены. Дальнейшая работа показала, что некоторые транспозоны плодовых мушек можно использовать не только для изменения генетического кода у плодовых мушек, но также можно поместить в совершенно неродственный вид. Метод был усовершенствован, что позволило заниматься истинной генной инженерией насекомых.
Цели генетического изменения насекомых похвальны. Насекомые сеют опустошение в человеческом обществе двумя способами: они являются переносчиками болезней (например, малярии, жёлтой лихорадки и некоторых видов сонной болезни) и потребляют значительную часть урожая, выращенного людьми. Генная инженерия пытается смягчить остроту обеих этих проблем. Однако результаты этой работы появляются медленно. У некоторых москитов, распространяющих болезни, генетики пока смогли изменить цвет глаз, но пока не изменили структуры, участвующие в распространении микробов, вызывающих болезни. Чтобы в дальнейшем способствовать этому процессу, генетики заразили насекомых, являющихся целью исследования, вирусами, которые ведут себя подобно транспозонам. Вирус, однажды попавший в тело насекомого-хозяина, может изменять способ передачи болезни. Некоторых вредителей сельского хозяйства, например, средиземноморскую плодовую муху и личинок мясной мухи, удалось успешно побороть с использованием трансгенного или других генетических методов (напр., выводя стерильных представителей вида, которые распространяются среди жизнеспособных членов популяции).
Хотя трансгенные методы только начинают использоваться для контроля над насекомыми-вредителями, такие инструменты уже широко применяются для работы с продовольственными культурами. Генная инженерия добилась успеха в добавлении новых генов к ДНК различных пищевых растений, тогда как разведение традиционным способом лишь создаёт варианты уже существующего генетического комплекса. Так, когда одомашнивание лишь усиливает ценные качества многих видов растений, трансгенные работы добавляют совершенно новые характеристики, типа большей стойкости к жаре и засухе, более успешного сопротивления болезням и поеданию насекомыми, а также большей урожайности.
Методы генной инженерии, используемые в сельском хозяйстве, и широко известны, и хитроумны. Генные инженеры способны перенести в культивируемый вид гены практически из любого биологического источника. К генно-инженерным пищевым растениям были добавлены гены от таких разных организмов, как куры, хомяки, светлячки, и рыбы, а также от множества видов растений и микробов. Новые трансгенные растения – это по-настоящему новые организмы; некоторые из них содержат генетические коды растений, животных и микробов, собранные в одном виде.
Добавление новых генов к разным видам растений обещало умопомрачительные дивиденды в виде прибавки к урожаю. Но эта новая технология также несёт в себе существенные риски и наверняка затронет будущее эволюции на этой планете. Создание новых типов растений может оказывать влияние на биосферу различными способами. Наиболее важный из них – возможность того, что нововведённые гены перепрыгнут к другому, не генно-инженерному виду (вроде сорняков), или попадут с сельскохозяйственных территорий в популяции диких местных растений. Это и есть то самое потенциальное смешение новых генов с генами уже сформировавшихся видов растений за пределами границ, которые воображают или создают специалисты по сельскому хозяйству, которое может вызывать самые интересные – и потенциально способные изменить биосферу – эффекты. При редком стечении обстоятельств, если новые черты трансгенных видов окажутся в дикой природе, могут получиться сорняки, превосходящие местные растения по способностям к адаптации. Поскольку большинство признаков, прививаемых трансгенным пищевым культурам, таких, как жизнестойкость, устойчивость к вредителям и темпы роста, увеличивают их приспособленность по отношению к исходному виду, у трансгенных форм есть большой потенциал для того, чтобы стать, или же способствовать появлению новых сорных видов.
Существует несколько путей, которыми гены трансгенных сельскохозяйственных культур могут закрепиться в дикой природе. Первый и самый простой: сама трансгенная культура может одичать и стать сорняком. Второй: трансгенная культура может рассеивать в дикой природе пыльцу, которая может опылить дикого родственника исходного трансгенного хозяина. Объединение новых генов в диком растении создаёт новый трансгенный сорняк.
Сорняки имеют много отличительных признаков, которые часто рассматриваются сквозь призму человеческих ценностей. В сельском хозяйстве это растения, которые появляются в неправильном месте в неправильное время (некоторые растения являются сорняками в одних ситуациях и окружёнными заботой культурами в других – например, газонная трава). Более субъективное определение сорняка – это любое растение, которое является нежелательным или препятствует действиям или благосостоянию людей. Однако сорные виды обладают рядом характерных особенностей:
Их семена прорастают во многих местообитаниях
Их семена сохраняют жизнеспособность в течение длительных периодов времени
Они быстро растут
Их пыльцу обычно переносят неспециализированные опылители или ветер
Они производят большое количество семян
Они производят семена в широким диапазоне условий окружающей среды
Обычно они демонстрируют активное вегетативное размножение или регенерацию из небольших фрагментов
Они часто конкурируют с другими растениями, заглушая их или производя ядовитые вещества, вредные для других растений
Из этого списка мы можем увидеть, что особенности сорняков столь же сильно желательны для продовольственных культур. Поэтому одна из целей трансгенных технологий состояла в том, чтобы привнести признаки сорняков культурным видам. Перенесённые гены, включённые в геном продовольственных культур, могут менять такие признаки, как всхожесть семян, период покоя семян или устойчивость к биотическим или абиотическим факторам типа вредителей, засухи, жары или болезни, создавая при этом более стойкий или жизнеспособный вид. Такие новые признаки могут усиливать способность нового культурного растения к вторжению в другие местообитания. В настоящее время идёт работа над генами, воздействующими на темп роста проростков и корней, а также на засухоустойчивость.
Джейн Рисслер и Маргарет Меллон из Союза Обеспокоенных Учёных очень подробно изучили экологические риски трансгенных культурных растений. Одним из аспектов, вызывающих наибольшее беспокойство, является преобразование культурных растений, не являющихся сорными, в сорняки посредством генной инженерии. Они обращают внимание на то, что существует широко распространённое представление о том, что превращение не-сорняка в сорняк требует преобразования многих генов, а не лишь двух или трёх, как это делается в настоящее время у трансгенных пищевых культур. Превращение кукурузы из культурного вида в сорняк, например, потребовало бы многих генетических изменений, поскольку кукуруза – это один из наиболее зависимых от человека (и потому маловыносливых) видов растений на Земле. Другие продовольственные культуры, однако, уже обладают многими особенностями сорняков, и потому добавление от одного до трёх новых признаков действительно может создать новый вид сорняков. Примеры такого рода включают люцерну и другие кормовые культуры, ячмень, салат, рис, ежевику, редис, малину и подсолнечник[47].
Трансгенные виды также могут оказывать вторичное воздействие. Вторжение трансгенных растений в новые местообитания будет оказывать влияние не только на захваченные ими популяции растений, но и на всю экосистему, включая совокупность животных, обитающих в пределах этой экосистемы. Возможно, ещё более опасными явлениями, чем преобразование культурных растений в сорняки, являются утечка и перенос новых генов в уже существующие сорняки, что делает их «суперсорняками». Передача сопротивляемости болезням или стойкости к вредителям уже существующему сорному виду может видоизменить знакомый сорняк в ещё более серьёзного вредителя. Сорняки, которые выработали устойчивость к гербицидам из-за утечки или переноса пересаженных генов, уже появляются в некоторых частях света.
Сельскохозяйственный бизнес, который считает трансгенные технологии драгоценным камнем в своей технологической короне, является бизнесом, связанным с кормлением людей всего мира – и, конечно, извлекает из этого прибыль. Те, кто создаёт трансгенные продовольственные культуры, больше всего остального опасаются того, что фермеры будут просто брать семена первого урожая и использовать их в дальнейшем, и им не придётся покупать новые семена у корпорации, которая изначально произвела их. Словно компании по выпуску программного обеспечения, которые более всего прочего боятся копирования их продукции, основные биотехнологические компании, имеющие дело с трансгенными пищевыми растениями, искали какой-нибудь способ остановить незаконное использование их продукции после первой покупки. Решением стало то, что известно как «гены-терминаторы».