控制氣候變化之關鍵：超級植物

編譯 陸默

喬安妮·喬里教授希望通過基因改造來增強植物的天然固碳特性，這可能會對遏制全球變暖起到關鍵作用，但同時她知道，無論是對她還是對地球來說，時間都已經(jīng)不多了。

索爾克研究所的喬安妮·喬里教授領導著一個理想植物的研究項目

索爾克研究所的喬安妮·喬里（Joanne Chory）教授是一位受人尊敬的科學家，還是世界上最重要的植物學家之一。喬里長期以來一直在為氣候變化呼吁，如今她領導的一個可以給地球降溫的項目，有可能真正地改變我們這個星球。她也是一位60多歲的老人，并正在與一種侵蝕她生命的疾病做斗爭。2004年，喬里被診斷出患有帕金森癥，這使得她獲得成功的時間變得更為緊迫。

如果說這是一部關于“人類在氣候變化毀滅我們之前的最后希望”的電影，那么顯然會被認為這是一部模式化的影片，科里教授似乎在里面扮演了一個被認為完美得不可置信的角色?！拔覀冋趪L試做一件龐大而復雜的事情，盡管它聽起來很簡單。”喬里說，“植物進化到能夠吸收二氧化碳，這是它們最擅長的事情，它們將二氧化碳轉換成有用的物質，比如糖，這是任何機器都無法做到的。它們吸收大氣中的二氧化碳，同時釋放氧氣回歸大氣。”

喬里現(xiàn)在正致力于設計和培育能夠在根部儲存更多二氧化碳的植物。她的理想植物項目通過基因編輯技術CRISPR和傳統(tǒng)園藝技術的結合來實現(xiàn)這一目標，如果這種植物能夠培育成功并大規(guī)模普及，將從大氣中吸收足夠的碳來緩解氣候變化。

她的基本想法是，將普通作物（如豆類、玉米和棉花）的基因與一種擁有強吸碳能力的新化合物拼接在一起，然后將這種實驗植物的根轉移到土壤中，在那里生根發(fā)芽。

這樣的事情實際上自然界早已經(jīng)在做?！爱斘艺劦竭@個項目時，我就會不由得激動起來。”喬里在索爾克研究所的一間辦公室里對采訪記者說道。索爾克是坐落在加利福尼亞南部太平洋沿岸的一個生物研究所，她的辦公桌上擺滿了花束、獎狀、家庭照片和科學雜志?！拔覀儽仨氄业揭环N方法除去大氣中過多的二氧化碳，我認為，開發(fā)理想植物是最為經(jīng)濟實惠的唯一方法?！彼χa充道，“我覺得自己肩上肩負著整個世界的重量，壓力很大?！?/p>

喬里出生于波士頓，父母是黎巴嫩人，在6個孩子中排行老三。她在伊利諾伊大學獲得了研究光合細菌的博士學位，后來在哈佛醫(yī)學院進行博士后研究，并于1988年加入索爾克研究所。一路走來，她發(fā)現(xiàn)了植物如何對光和環(huán)境做出反應，以及如何調節(jié)植物大小和生長速度等。

她說：“如果我現(xiàn)在多做一些努力，或許我的曾孫們會從中受益。一些人現(xiàn)在選擇不作為，這就是為什么我們對氣候變化無所作為的原因?！?/p>

就在記者采訪的時候，喬里的癥狀不時出現(xiàn)，就像一位不期而至的客人?！拔抑灰患?，就會出現(xiàn)癥狀，”她抱歉地笑了笑，整理了一下思緒后繼續(xù)說道，“這就是為什么我想做一些讓人們不再痛苦的事情。你永遠不知道什么時候你能改變世界，我也不知道我們是否能做到，但我們必須試一試?！?/p>

科學家的夢想：創(chuàng)造吸碳固碳理想植物

即使我們達成了巴黎協(xié)議中將地球升溫控制在2攝氏度的目標，氣溫也已經(jīng)達到了令人擔憂的水平。世界正在發(fā)生巨變，只是規(guī)模大小的問題。我們作為地球上的一個物種，只要有任何機會，就應該有改變現(xiàn)狀的偉大想法。

目前，索爾克研究所正在與種子公司談判，準備對9種農作物進行試驗，以便在世界各地的農場引進理想作物。今年晚些時候還將對小麥、大豆、玉米和棉花進行實地測試。

在將一些遺傳性狀轉移并覆蓋各種作物之前，開發(fā)理想植物是“利用植物計劃”的第一步，主要是強化植物根系和產(chǎn)生木栓質的能力（木栓質是生產(chǎn)軟木塞的物質，也是甜瓜外皮的那層物質），因為木栓質是植物留住更多碳的神奇鑰匙。如果有合適的資源和資金，每一種作物的原型預計將在未來5年內完成。

2018年6月，索爾克董事會成員、投資石油和天然氣的私人股本資深人士霍華德·紐曼（Howard Newman）捐贈了200萬美元啟動該項目。2019年4月，索爾克又獲得了TED機構總計3 500萬美元的慷慨撥款，以支持該計劃。

喬里說，這些新型植物將擁有更深更強的根系，擁有能夠阻止水土流失的能力，水土流失是氣溫升高的另一個副產(chǎn)品。強大的植物根系將使土壤更加健康，并能夠提高作物的產(chǎn)量。正常植物死亡時，會向空氣中釋放大量二氧化碳，而理想的植物死亡時，儲存在更深根系中的碳能在土壤中留存更長時間，另外木栓質作為一種碳聚合物，擁有在短期內抵抗分解的天然能力，二氧化碳的再次釋放量將顯著減少。

地球上層兩米土壤中的含碳量是大氣含碳量的三倍多，甚至更多。2018年化石燃料的使用量估計增長近2%，每年人類活動產(chǎn)生的二氧化碳比地球目前能處理的要多出18億噸，索爾克研究所相信他們的解決方案可以讓人類產(chǎn)生的過量二氧化碳排放量每年減少46%。

這是一個非常雄心勃勃的想法，但充滿了太多未知因素，如何得到全球農民的支持？這樣的理想植物要經(jīng)過多少年才能成功？大自然對這樣的基因改造會做出什么樣的反應？這些作物的口味如何？1960年由生物學家喬納斯·索爾克（Jonas Salk）創(chuàng)立的索爾克研究所的智囊團目前也沒有這些問題的答案，索爾克在1955年發(fā)現(xiàn)了小兒麻痹癥的治療方法。

美國建筑師路易斯·卡恩（Louis Kahn）設計的研究所實驗室坐落在海濱地區(qū)，周圍是向外蔓延的水泥塔和可以極目遠眺的海景。但在這片肅穆氛圍中的實驗室里也充滿了一種樂觀情緒，這里的科學家們對記者說道，他們的角色類似于歷史學家，但記錄的是一個物種或一個生態(tài)系統(tǒng)的歷史。

研究所創(chuàng)始人索爾克曾說過：“希望存在于夢想中，存在于敢于把夢想變成現(xiàn)實的勇氣中。”這些現(xiàn)代化建筑里的科學家同時也是夢想家，但他們的夢想根植于現(xiàn)實。這個由政府撥款和私人捐助者資助的生物研究中心，花了幾十年時間，在從癌癥到阿爾茨海默氏癥等各種疾病的治療研究上都取得了不菲成就。1968年，索爾克癌癥中心的創(chuàng)始人羅伯特·霍利（Robert Holley）榮獲諾貝爾獎；1975年、1977年和2002年，研究所的科學家獲得了一次又一次諾貝爾獎。就在不久前，喬里因發(fā)現(xiàn)如何優(yōu)化植物生長、發(fā)育和細胞結構以及如何將陽光轉化為化學能而獲得300萬美元的科學突破獎。

約瑟夫·諾埃爾（Joseph Noel）博士是一位生物化學家，他的研究重點是如何利用木栓質，這是理想植物項目的一個關鍵。他展示的播種機器人能在一天時間里完成人類需要幾周時間才能完成的工作，先進的種植室能夠模擬幾乎任何環(huán)境條件，還有坐落在高高懸崖上的溫室大棚。他一直在強調木栓質的重要性：“這是植物的一種海綿狀屏障，能夠幫助植物調節(jié)水和氣體的進出和交換，我們可以將它想象成植物某些細胞周圍的保護性塑料層?！?/p>

索爾克生物研究所的植物培育室，圖中植物包括擬南芥屬、蓮花屬和苜蓿屬

喬納斯還說過：“我們最大的責任就是做一個好的開拓者?！币慌排拍M自然環(huán)境的實驗室房間里滿是生長中的香蒲、沼澤植物、豆類和長得像草的擬南芥，這些植物在人造光和人工調控的潮濕空氣中呈現(xiàn)不同的生長階段。“我們不只是在溫室或實驗室里的人造光中種植植物，我們還想擁有模擬一個特定氣候區(qū)的能力，包括光的質量、季節(jié)變化、云層覆蓋和溫度等。”諾埃爾說道。

由于擬南芥可以在6周內從一粒種子生長到成熟并產(chǎn)生新的種子，它的基因組已經(jīng)完成完全測序，而且與許多其他物種的基因組很相似，因此這種看起來不起眼的小小植物已經(jīng)成為該研究項目中的明星植物。諾埃爾繼續(xù)說：“大規(guī)模改變它的基因非常容易，如果我們改變了某種特定基因，我們就能觀察發(fā)現(xiàn)它的根是否能扎得更深，根系向外延伸的范圍是否會更廣，它的內部是否發(fā)生了什么變化等。”植物祖先進行光合作用已經(jīng)有28億年歷史了，沒有植物，我們所知道的生命形式就都不會存在，我們想要知道的是，理想植物是否會成為地球的救星。

達成目標任重道遠：轉基因植物概念難獲認可

二氧化碳去除是一個不斷發(fā)展的領域，其中包括用機器抽出天空中二氧化碳的碳捕獲技術，如比爾·蓋茨支持的碳工程，蘇黎世初創(chuàng)企業(yè)Climeworks以及全球約20個商業(yè)碳捕捉和碳封存設施，但它們的價格卻高得讓人只能望而卻步。

也有一些失敗的例子，如理查德·布蘭森（Richard Branson）爵士曾懸賞2 500萬美元解決碳減排難題，但從未找到解決方案。碳減排計劃也因維持現(xiàn)狀和大型能源的商業(yè)模式而受到批評。

“我們都知道，人類對氣候變化做出的反應，正如理想植物項目所稱的那樣，或是成就我們的未來，或是毀掉我們的未來?！?紐約一家植物研究領先機構博伊斯-湯普森研究所的總裁兼首席執(zhí)行官大衛(wèi)·斯特恩（David Stern）說道。他稱喬里是一位無畏的、具有開放的創(chuàng)造性精神的科學家。“解決大氣中過多二氧化碳的問題龐大而復雜，需要多種解決方案，利用植物儲碳無疑是解決方案之一?！?/p>

斯特恩指出，一個大問題是如何獲得人心。在轉基因已成為綠色有機運動對立面的今天，拯救地球的轉基因生物可能很難被人接受?！半m然這個研究項目沒有提出要開發(fā)傳統(tǒng)的轉基因株系，也沒有提出會在糧食作物上進行研究，但這個問題仍然會出現(xiàn)。”斯特恩補充說道。

喬里堅持認為，植物經(jīng)過了數(shù)千年的改良——選擇最好的品種進行培育，這也是一種基因改良形式，改良品種的營養(yǎng)價值和產(chǎn)量還是會大于其缺點。與許多轉基因產(chǎn)品不同，索爾克公司不會在其植物中引入外來基因物質。歐盟禁止轉基因生物和具有CRISPR特性的作物，因此理想植物可能無法進入歐盟。另一個問題是種子定價以及如何讓全世界的農民都能買到理想植物的種子，因此種子的大規(guī)模普及是個問題。

“與任何轉基因作物一樣，最大的問題是這些變化對作物的營養(yǎng)品質會產(chǎn)生什么樣的影響？發(fā)展中國家的小農戶能否購買到足夠多對氣候變化產(chǎn)生影響的理想植物的種子？”舊金山灣鳥類觀測站研究陸生鳥類種子傳播的高級生物學家丹·維尼（Dan Wenny）提出了這些疑問。

目前，路易斯安那州的密西西比三角洲是第一批野外理想植物試驗區(qū)，這是檢驗改良根系能否減緩海平面上升趨勢的重要一步。不過，索爾克的研究人員對實驗成敗的可能性仍保持清醒頭腦?！耙恍┲参锊⒉欢枷駭M南芥那樣可以在6周內從一粒種子長成另一粒種子，你種下它們，然后耐心等待，需要等很長時間?！敝Z埃爾無奈說道。

我們是否已經(jīng)過了無法回頭的臨界點？喬里說：“未來世界一定不會像我們現(xiàn)在生活的世界，我不知道我們的做法是否會毀滅整個人類物種，但我認為如果我們不盡快采取行動，我們肯定會走上這條路，濕度和溫度將會達到哺乳動物無法生存的極限?！?/p>

憂思科學家聯(lián)盟表示，轉折點已經(jīng)到來。但喬里反駁道：“我不認為這個轉折點已經(jīng)到來?！北M管如此，她承認轉變已經(jīng)開始，加拿大在這方面會做得很好，美國則不然?！拔覀兊霓r業(yè)將會有很多變化。我們必須說服農民，不能再像以前那樣種地，現(xiàn)在土地可以養(yǎng)活80億到100億人，但50年后，留給子孫后代的將不再是良田沃土，災難只是被推遲了而已?！?/p>

喬里瞥了一眼女兒凱蒂（Katie）的照片，說：“看看我，已經(jīng)64歲了，也許不會看到這個項目取得成果，我以后可能會不在索爾克工作。這種緊迫性是存在的，氣候問題迫在眉睫。每周都有新的氣候災難發(fā)生。我們不能坐以待斃，我們真的不能讓氣候變暖再加快了。我不知道我們能不能做到，但我希望自己的想法能成為解決方案的一部分，我不想只是坐在那里抱怨?！?/p>