اهمیت و لزوم بهره‌گیری از روش‌های مهندسی ژنتیک در تولید محصولات کشاورزی

تاریخ کشاورزی انسان با اهلی‌‌کردن گیاهان و حیوانات آغاز می‌شود؛ آغازی که به یک‌جانشینی بشر، تولید منابع غذایی به جای اتکا به شکار، شکل‌گیری مفهوم مالکیت، توسعه جوامع روستایی و سپس تکامل به سمت جوامع پیچیده امروزی انجامیده است. در دوره سنتی کشاورزی، اجداد ما با کشف امکان تکثیر گیاهان از طریق کشت بذر در خاک، مرحله جدیدی از تاریخ را شروع کردند و پایه‌های کشاورزی امروزی نیز بر مبنای همان روش‌های ساده اولیه بنا نهاده شده ‌است. کشاورزان پس از برداشت محصول به تجربه دریافتند که با انتخاب بذرهایی با قوه نامیه و توان رویش بیشتر برای کشت در سال‌های بعدی، می‌توانند منابع غذایی خود را تا حد زیادی بهبود بخشند.

از دوره‌های باستان تاکنون برای بالابردن میزان محصول، عوامل گوناگونی به‌عنوان معیار انتخاب مورد توجه قرار گرفته است که شامل فاکتورهایی مانند قدرت و درصد جوانه‌زنی بیشتر، کیفیت آسیاب‌شدن و پخت، طعم، مقاومت گیاه به شرایط محیطی پرتنش و آفات و... است. اما برای نیل به این مقصود، فقط انتخاب بذر کافی نبود؛ با گسترش کشاورزی و ضرورت تمرکز بیشتر بر افزایش بازده گیاهان، زارعان متوجه امکان لقاح انواع مختلف گیاهان درون‌گونه‌ای و میان‌گونه‌ای با یکدیگر شدند و از طریق انتخاب گیاهان برتر و دخالت در گرده‌افشانی و تلقیح این گیاهان با هم، رفته‌رفته رقم‌های جدیدی را مورد کشت‌و‌کار قرار دادند. این روش انتخاب و تحمیل تلقیح که به «اصلاح نژاد» (Breeding) شهرت دارد، نه‌تنها در کشاورزی، بلکه به صورت بسیار گسترده در دامپروری نیز با روش انتخابی مشابه استفاده شده و می‌‌شود.

انقلابی برای مقابله با بحران گرسنگی جهانی

پس از انقلاب صنعتی و با افزایش جمعیت کره‌زمین، استفاده از پیشرفت‌های علمی و بهره‌گیری از فناوری در سال‌های۱۹۳۰ تا اواخر دهه ۱۹۶۰ درهای جدیدی را به سوی تولیدات کشاورزی گشود که به «انقلاب سبز» (Green Revolution) شهرت یافت. در این مرحله از کشاورزی با بهره‌مندی از ماشین‌آلات پیشرفته، ارقام اصلاح‌شده گیاهان و دام که زودبازده تلقی می‌شدند، سموم شیمیایی و علف‌کش‌ها، کودهای شیمیایی مصنوعی، به‌کارگیری روش‌های آبیاری مدرن، تکنیک‌های نوین در مراحل کاشت، داشت و برداشت در زراعت، گامی استوار در راستای رسیدن به رؤیای امنیت غذایی برای مردم جهان برداشته شد.

اما به‌رغم تمامی دستاوردهای موفق این انقلاب صلح‌آمیز، بحران گرسنگی از شروع قرن بیستم به این سو، کماکان ادامه یافته است؛ چنانکه بر مبنای گزارش سازمان غذا و کشاورزی سازمان ملل متحد (FAO) در سال‌های ۲۰۱۴ تا ۲۰۱۶ میلادی حدود ٧٩٦‌میلیون نفر در سراسر جهان از نداشتن تغذیه مناسب رنج می‌بردند؛ یعنی چیزی حدود یک‌نهم کل جمعیت کره‌زمین! اکنون زمان پاسخ به این پرسش رسیده بود: چرا گرسنگی همچنان ادامه دارد؟

پژوهشگران بسیاری سعی در یافتن پاسخی برای این پرسش داشته‌اند و به راه‌حل‌های گوناگونی نیز اشاره شده است. عده‌ای سودای تولیدات بیشتر زراعی را از طریق تخصیص زمین‌های بیشتری برای کشاورزی یا افزوده‌های شیمیایی در کاشت و داشت محصولات زراعی در سر پرورانده‎اند. حال آنکه بسیاری از محققان تولیدات حاصل از روش‌های کشاورزی کنونی را کافی دانسته و انگشت اتهام را به سمت عدم‌توزیع بهینه منابع غذایی نشانه می‌روند.

اما نکته‌ای ساده که نمی‌توان آن را نادیده انگاشت در اینجاست که توزیع ناعادلانه محصولات کشاورزی خود معلول عاملی مهم‌تر است به نام فقر. براساس آماری از برنامه جهانی غذا (WFP)، تقریبا تمام قربانیان گرسنگی مزمن، ساکن کشورهای در حال توسعه‌ای هستند که با فقر نیز دست‌به‌گریبانند.

در این آمار، کشورهای درحال توسعه در قاره آسیا از لحاظ فراوانی افراد درگیر با کمبود منابع غذایی جایگاه اول و کشورهای قاره آفریقا رتبه بعدی را دارند. از آن‌رو که پیچیدگی شرایط اقتصادی-اجتماعی و بحران‌های سیاسی در بسیاری از این کشورها، امکان یافتن راهکاری برای پایان‌دادن به فقر و گرسنگی حاصل از آن را بسیار دشوار می‌کند، دانشمندان و دست‌اندرکاران مبارزه با مسئله گرسنگی بار دیگر دست‌به‌دامان علوم و تحقیقات شده و چاره را در یافتن روشی پایدار برای حل این بحران می‌دانند. اما چاره چیست؟

لزوم وجود روش‌های مهندسی ژنتیک

اصلاح نباتات را می‌توان یکی از متداول‌ترین علوم در راستای تولید غذای مورد نیاز بشر دانست. مقایسه اجداد محصولات زراعی امروزی مانند گندم یا ذرت با آن‌دسته از گیاهان وحشی که محتمل‌ترین اجداد آنها در ‌هزاران سال پیش قلمداد می‌شوند، چنان شباهت ناچیزی را به نمایش می‌گذارد که برای غیرمتخصصان، باور اینکه گندم و ذرت امروزی ما از چنین نیاکان متفاوتی حاصل شده است، چندان آسان نیست! این اختلاف نشان‌دهنده پیچیدگی پرورش انتخابی این محصولات کشاورزی در طول چندین ‌هزار سال کشت و اصلاح است؛

اصلاحی که به یک‌سری از تغییرات منحصربه‌فرد در گیاهان حاصله انجامیده است: تغییرات ژنتیکی. پروسه پرورش انتخابی گیاهان در حالی از سوی انسان شکل گرفت که هنوز اطلاعاتی درباره ماهیت ژن‌ها و حتی ژنتیک مندلی در دست نبود. این دسته از تغییرات ژنتیکی که در سالیان بسیار طولانی و در پروسه‌ای آرام در ژنوم گیاهان حاصل شده، امکان سازگاری گیاهان با عوامل متنوع محیط‌زیست را فراهم آورده است.

همانند روند انتخاب طبیعی در فرگشت، گیاهان و جانورانی که مورد انتخاب و اصلاح نژاد توسط کشاورزان قرار گرفته‌اند نیز با سرعتی متعادل فرصت انطباق با محیط کشت خود را یافته‌اند. بنابراین، تغییرات ژنوتیپی و ریخت‌شناسی این دسته از محصولات کشاورزی در بازه‌های زمانی کوتاه چندان ملموس نبود. با پیشرفت علم و فناوری در دهه‌های اخیر، تکنیک‌های بیوتکنولوژی در اصلاح نژاد به سرعت در حال گسترش و همه‌گیرشدن در مزارع کشاورزی است. برای مثال در چند سال اخیر در ایالات متحده آمریکا، کمترین مزرعه‌ای را می‌توان دید که از رقم‌های تراریخته در قالب کشاورزی صنعتی متداول (Conventional agriculture) استفاده نکند.

اما محصولات کشاورزی تراریخته یا GMO چیستند و چرا تا این اندازه حائز اهمیت هستند؟ طبق تعریف سازمان جهانی بهداشت (WHO)، تراریخته یا (GMO (Genetically Modified Organisبه موجودات زنده‌ای (اعم از گیاهان، جانوران یا میکروارگانیسم‌ها) اطلاق می‌شود که ماده ژنتیکی یا همان DNA مطلوب در آنها در آزمایشگاه به‌گونه‌ای مورد تغییر و دست‌کاری قرار گرفته است که در حالت ترکیب، آمیزش یا نوترکیبی طبیعی چنین تغییر نمی‌کرد. فناوری امکان چنین تغییری در یک موجود زنده، بیوتکنولوژی (مهندسی ژنتیک) یا تکنولوژی نوترکیبی DNA نامیده می‌شود و به ژن‌های انتخابی خاصی امکان جابه‌جایی فیزیکی از ژنوم سلول یک ارگانیسم به ژنوم ارگانیسم دیگر را می‌دهد، حتی اگر این موجودات هیچ نوع خویشاوندی ژنتیکی با هم نداشته باشند. این تکنیک‌ها غالبا در گیاهان مورد استفاده قرار می‌گیرد تا یا رقم‌هایی با راندمان تولید بالا به‌ وجود بیایند یا محصولات زراعی مقاوم در برابر آفات و علف‌کُش‌ها تولید شود.

نتیجه تولید چنین گیاهانی این است که کشاورز از خرید انواع آفت‌کش و علف‌کش‌های انتخابی بی‌نیاز شده و می‌تواند تا حد قابل‌توجهی در هزینه‌های خرید افزوده‌های زراعی صرفه‌جویی کند. ولی مگر نه اینکه با روش‌های سنتی انتخاب و اصلاح نژاد نیز می‌توان تغییراتی در ژنوم محصولات زراعی انجام داد؛

پس چه نیازی به اِعمال مهندسی ژنتیک است؟ پاسخ ساده است: در روش‌های اصلاح نژاد به روش پرورش انتخابی، ژنوم گیاه گاه دستخوش تغییراتی بس شگرف می‌شود و در نتیجه، گیاه حاصله بیش از آنچه مورد نظر متخصصان اصلاح بوده دستخوش تغییرات می‌شود. به عبارت دیگر، حالتی را می‌توان تصور کرد که غالب صفت‌های گیاه در وضعیت مطلوبی قرار دارند و هدف از اصلاح، بهبود تنها یک یا دو صفت خاص نامطلوب است. در چنین حالت خاصی، استفاده از پرورش انتخابی به روش اصلاح سنتی چندان مؤثر نیست، چراکه ممکن است سبب ازبین‌رفتن یا خنثی‌شدن تعدادی از صفات مطلوب گیاه شود.

 به همین سبب، راه‌حل مناسب در چنین وضعیتی، مهندسی ژنتیک و ایجاد گیاهان تراریخته حاصل از روش‌های بیوتکنولوژی است که می‌تواند با حفظ کلیت ژنوم ارگانیسم، ژن مورد نظر را وارد DNA کرده و در نتیجه، بدون تخریب مجموعه ژن‌های درون سلول‌ها، صفت جدیدی به مجموعه قبلی صفات فنوتیپی موجود زنده بیفزاید.

 مثال‌هایی از تراریخته‌ها، بایدها و نبایدها

ممکن است به نظر بیاید که مهندسی ژنتیک نوعی تکنولوژی مرتبط با علوم کشاورزی است، اما در واقع مدت‌ها پیش از تکنیک نوترکیبی (Recombination) در تولید انسولین برای بیماران مبتلا به دیابت استفاده شده است. دانشمندان با استفاده از پلاسمیدها (Plasmids) ژن تولید انسولین را به درون یک باکتری تزریق کرده و سبب تولید انسولین در آن شدند. سپس با خالص‌سازی انسولین تولیدشده، آن را در دسترس بیماران قرار دادند. از جمله مثال‌های معروف دیگر کاربرد روش‌های مهندسی ژنتیک در پزشکی و بیولوژی، می‌توان تولید هورمون تیروئید، اسپارتام شیمیایی موجود در محصولات بدون شکر و واکسن هپاتیت نوع B از باکتری را نام برد. اما در کشاورزی، گیاه ذرت از مشهورترین محصولات تراریخته محسوب می‌شود.

ذرت جزء منابع اصلی غذایی تعداد بسیار زیادی از مردم دنیاست و به‌همین‌دلیل، سلامت محصول برداشت‌شده از اهمیت زیادی برخوردار است. در این راستا، از دهه ۱۹۶۰ میلادی، برای کاهش اثرات مضر انواع آفت‌کش در کشت و پرورش ذرت، دانشمندان اقدام به استفاده از باکتری خاکزیBacillus thuringiensis که به اختصار بی‌تی (Bt) نامیده می‌شود جهت کنترل حشرات آسیب‌رسان به مزارع ذرت کردند. این باکتری نوعی پروتئین کریستالی (Cry) تولید می‌کند که سبب تخریب سیستم گوارشی آفاتی مانند کرم حشرات و لاروها می‌شود که با پیش‌فرض بی‌اثربودن روی انسان، پستانداران و بسیاری از حشرات جهت مبارزه بیولوژیک استفاده شده‌ است.

با پیشرفت تکنیک‌های مهندسی ژنتیک، پژوهشگران اقدام به انتقال همین ژن تولید پروتئین کریستالی به داخل ژنوم خود ذرت کردند. به نظر می‌رسید نتیجه این اقدام متهورانه، رؤیایی شگرف باشد که بالاخره به واقعیت پیوسته است: ذرت بی‌تی مقاوم به آفات. گیاهی که ژنوم مسموم‌کننده آفات را درون خود داشت. انواع دیگری از ذرت تراریخته نیز تولید شد که از شناخته‌شده‌ترین آنها می‌توان به ذرت مقاوم به علف‌کش اشاره کرد که در پژوهش دیگری، ژن مقاومت به علف‌کش به سویا نیز منتقل شد و بعدها سویای تراریخته نیز به صورت گسترده‌ای مورد کشت و بهره‌برداری قرار گرفت. اما این تمام ماجرا نبود! پس از صرف هزینه‌های بسیار برای توسعه این تکنیک، زمزمه‌هایی از دل‌نگرانی منتقدان به گوش رسید. آنها نگران بودند که کشت ذرت بی‌تی در ابعاد وسیع و در درازمدت ممکن است سبب کاهش میزان سمی‌بودن در گیاه برای حشرات شود.

استدلال آنان بر این مبنا استوار بود که آفات به مرور زمان به سم بی‌تی مقاومت پیدا خواهند کرد. همچنین نگرانی در مورد حشرات مفید برای گرده‌افشانی ذرت که می‌توانستند مورد مسمومیت قرار گیرند رفته‌رفته مطرح شد. علاوه‌براین، متخصصان از انتقال ژن سمی بی‌تی و رسیدن آن به خاستگاه اصلی ذرت در آمریکای‌مرکزی که می‌توانست خطری برای خزانه ژنی (Gene Pool) ذرت محسوب شود، ابراز نگرانی کردند. امروزه، باوجود اهمیت فراوان مسئله، راه‌حل چندان پیچیده به نظر نمی‌رسد. کافی است تا حداقل ٢٠ درصد از زمین‌های تحت کشت ذرت را به ذرت‌های غیرتراریخته اختصاص داد. همچنین طرح فاصله ایمن و حائل‌بندی میان مزارع تراریخته از مزارع غیرتراریخته راه‌حل دیگری است که مورد بحث کارشناسان قرار گرفته است.

چرا محصولات تراریخته؟

این‌گونه به نظر می‌رسد که امروزه تقریبا نمی‌توان محصولی زراعی را یافت که در مقایسه با نیاکان ژنتیکی‌اش هیچ نوع تغییری در ژنوم آن رخ نداده باشد. غالب گیاهانی که در دسترس ما هستند، دچار انواع تغییرات در ساختار ژنوم خود شده‌اند که این دگرگونی‌ها یا از طریق اصلاح و پرورش انتخابی گیاه یا با روش‌های مهندسی ژنتیک در آنها ایجاد شده است.

باید توجه داشت که این موضوع به خودی‌خود به‌هیچ‌عنوان مشکل‌ساز نیست، هرچند ممکن است برای برخی از افراد مفهوم تراریخته به‌اشتباه با ژن سمی ذرت بی‌تی یکی شده و گمان کرده باشند که هر نوع محصول تراریخته‌ای لاجرم حامل نوعی ژن سمی در دی‌ان‌ای سلول‌هایش خواهد بود! حال آنکه انواع موفق دیگری از گیاهان تراریخته مانند سیب‌زمینی شیرین غنی‌شده یا برنج طلایی (Golden Rice) نیز تولید شده است.

برنج طلایی برای مقابله با فقر ویتامین آ که در کشورهای درحال‌توسعه جنوب شرق آسیا شایع است، تولید شد که باعث تجمع پیش‌ساز ویتامین آ (بتاکاروتن) در دانه برنج شده و منبع غنی و مناسبی از این ویتامین را برای مصرف‌کنندگان فراهم می‌آورد. در پروسه توسعه جوامع، مفهوم بسیار مهمی که باید به‌عنوان پایه تحولات قرار گیرد، مفهوم پایداری (Sustainability) است. به‌طورکلی، دست‌اندرکاران توسعه در هر کشور باید پایداری در تمامی جنبه‌های پیشرفت را بر سه پایه امنیت اقتصادی، شکوفایی اجتماعی و حفظ محیط‌زیست قرار دهند.

برای مردم کشورهای درحال‌توسعه، به‌ویژه کشورهایی که با فقر ریشه‌دارتری دست‌به‌گریبانند، مسئله خودکفایی در تولیدات کشاورزی داخلی از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است. این اهمیت نه‌تنها به علل استراتژیک و سیاسی، بلکه به علت پایداری بیشتر در زراعت‌های بومی است. دلیل حساسیت بیشتر موضوع، موقعیت زیست‌محیطی است که اغلب خاص چنین کشورهایی است. اقلیم مناطق مذکور غالبا گرم و خشک، بیابانی یا نیمه‌بیابانی است، به این معنا که از سویی میزان تبخیر رطوبت خاک به میزان چشمگیری بالاست و از سوی دیگر منابع آبی سطحی و زیرزمینی بسیار محدود و میزان بارش سالانه نیز به‌قدری کم است که عملا کمکی به بازیابی این منابع آبی نمی‌کند.

در چنین شرایط بغرنجی، کشاورزان روستایی از سویی برای تأمین امنیت غذایی خود یا حتی کسب درآمد، مجبور به کشت‌وکار در خاک‌های فقیر و فرسایش‌یافته بوده و از سوی دیگر به علت فقر نه‌تنها توان خرید بذور اصلاح‌شده را که اغلب از سوی شرکت‌های خصوصی تولید و عرضه می‌شوند ندارند، بلکه حتی از تأمین انواع افزوده‌های شیمیایی ضروری برای زراعت خود نیز ناتوانند. به عبارت دیگر، کشورهایی که در کشمکش مبارزه با معضل گرسنگی مزمن یا حاد به‌سر می‌برند، لزوم بیشتری برای یافتن گیاهانی دارند که از لحاظ زراعی با محیط‌زیست این مناطق بیشتر سازگار شده و از سوی دیگر بازده بالایی داشته باشند.

راه‌حل سنتی برای پاسخ به این احتیاج، اصلاح نژاد محصولات کشاورزی در راستای تطابق بیشتر با محیط‌زیستی چنین سخت‌گیر است، اما باوجود مؤثربودن پروسه‌های اصلاح نژاد در بسیاری از موارد، عاملی که نمی‌توان از آن چشم پوشید، بازه زمانی بسیار طولانی است که برای به‌انجام‌رسانیدن این پژوهش‌ها مورد نیاز است. به‌عبارت دیگر، صرفه‌جویی زمانی عامل مهمی است که ظاهرا در پروسه پرورش انتخابی یا روش‌های اصلاح نژاد چندان محلی از اعراب ندارد. آنچه مسلم است اینکه مهندسی ژنتیک، ابزار کنترلی بسیار دقیقی برای اعمال تغییرات ژنتیکی محسوب می‌شود و همین امر، در کنار سرعت بالای بروز تغییرات، استفاده از این تکنیک‌ها را در دنیای امروز اجتناب‌ناپذیر می‌کند.

امکان تولید محصولات زراعی غنی‌شده از انواع مواد معدنی مانند ید، آهن، انواعی از ویتامین‌ها و ...، ظرفیت مثبت دیگری در گیاهان تراریخته است که می‌تواند گره‌گشای بسیاری از مشکلات غذایی در کشورهای فقیر شود. همچنین، تولید گیاهان تراریخته‌ای که به انواع تنش‌های محیطی مانند گرما، کم‌آبی، شوری و... مقاومت یافته‌اند، روزنه امیدی خواهد شد به احیای کشاورزی در زمین‌هایی که امکان کشت‌وکار به صورت سنتی در آنها وجود ندارد. مهندسی ژنتیک، با رویکردی انسان‌دوستانه، از پتانسیل تولید گیاهانی برخوردار است که با احتمال بسیار بالاتری قابلیت انطباق با شرایط زیست‌محیطی حاد در بازه زمانی بسیار کوتاه را دارند.

استفاده از گیاهان تراریخته هرچند که از سوی مؤسسات کشاورزی ارگانیک مورد تأیید قرار نگرفته است، ولی در صورت به‌کارگیری استانداردهای خاصی در کاشت، داشت و برداشت، این امکان را دارد که در چارچوب کشاورزی پایدار مورد بهره‌برداری قرار گیرد. در جوامع درحال‌توسعه که هنوز در مرحله کشاورزی سنتی قرار دارند، با موقعیتی که در آن مرگ‌ومیر کودکان در اثر سوءتغذیه به امری شایع بدل شده است، تلاش برای حفظ محیط‌زیست با تحریم محصولات تراریخته بیشتر به یک شوخی غم‌انگیز برای نابودی توسعه پایدار شبیه است تا ابزاری برای پیشبرد توسعه. مقایسه مضرات استفاده از محصولات تراریخته با جایگزین‌های موجود که از لحاظ کمیت و کیفیت تغذیه همچنان قابل رقابت باشد، کفه ترازو را به‌راحتی به سمت تراریخته‌ها سنگین می‌کند.