轉(zhuǎn)基因能否拯救瀕危物種？從復(fù)活美洲栗樹說起

在一片“人間天堂”的藍(lán)天下，廣闊的綠色丘陵延伸至遠(yuǎn)方。大約十來人——樹木愛好者、環(huán)保人士、研究生物學(xué)家、生物技術(shù)企業(yè)家，以及一位穿著長(zhǎng)襪和寬檐帽的風(fēng)投人士——在7月末的一個(gè)完美日子，驅(qū)車來到美國(guó)紐約州的一個(gè)鄉(xiāng)村地區(qū)。

他們來此是為了參觀“美國(guó)栗”所屬種子農(nóng)場(chǎng)里超過2500株轉(zhuǎn)基因栗樹幼苗。這些不到膝蓋高的樹苗，是可能將被聯(lián)邦監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)為生態(tài)恢復(fù)工具的首批基因改造樹木樣本?！懊绹?guó)栗”的創(chuàng)始人，以及在場(chǎng)的所有人，都希望美洲栗樹能夠成為第一個(gè)從功能性滅絕中被拯救的樹種，但理想上不會(huì)是最后一個(gè)。

美洲栗樹的壽命可達(dá)千年，曾在美國(guó)東部森林的樹冠層中占據(jù)主導(dǎo)地位，許多美洲原住民依靠它們提供食物。然而，到了1950年，這種樹幾乎因一種可能由日本栗樹帶來的真菌枯萎病而瀕臨滅絕?！叭缃?，經(jīng)過艱辛的努力、偉大的創(chuàng)意和數(shù)十年的創(chuàng)新，我們有了一棵能夠?qū)崿F(xiàn)恢復(fù)的樹，以及一套科學(xué)平臺(tái)?！薄懊绹?guó)栗”聯(lián)合創(chuàng)始人邁克爾·布盧姆說道。

直到去年，長(zhǎng)達(dá)35年的復(fù)興美洲栗樹的努力似乎還有可能停滯不前。但現(xiàn)在，聯(lián)邦監(jiān)管機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)即將到來，私人投資者和聯(lián)邦政府的數(shù)百萬資金也紛至沓來。一家環(huán)保非營(yíng)利組織正在與“美國(guó)栗”洽談，每年將種植多達(dá)100萬株經(jīng)過批準(zhǔn)的栗樹。

類似的嘗試前所未有。然而，這些自稱“堅(jiān)果迷”的人相信，規(guī)?；肟箍菸〉霓D(zhuǎn)基因美洲栗樹不僅可以成為恢復(fù)森林的典范，還可能通過改良樹種來重新部署森林，以應(yīng)對(duì)氣候變化和生物多樣性喪失。

“對(duì)樹木而言，這是個(gè)艱難的時(shí)期。”大自然保護(hù)協(xié)會(huì)的森林害蟲與病原體項(xiàng)目主任格林伍德說道，該機(jī)構(gòu)一直支持轉(zhuǎn)基因栗樹的監(jiān)管申請(qǐng)?！暗杂幸恍┯腥さ南Ｍ??！?/p>

40億棵樹的消失

“魅力大型動(dòng)物”是科學(xué)術(shù)語(yǔ)，指像熊貓和藍(lán)鯨這樣獲得大量關(guān)注和資源的物種。幾近消失的美洲栗樹可能是落基山脈東部最具“魅力”的樹種。因?yàn)槠錃v史重要性、快速生長(zhǎng)、堅(jiān)果和木材的豐富產(chǎn)出，它吸引了生物學(xué)家、環(huán)保人士以及新一代農(nóng)民的極大興趣。

一些因枯萎病死亡的栗樹偶爾會(huì)重新發(fā)芽。像美國(guó)栗樹協(xié)作基金會(huì)這樣的志愿組織，幾十年來一直致力于收集和雜交野生栗樹，希望能在自然中培育出抗病性。同時(shí)，紐約州立大學(xué)環(huán)境科學(xué)與林業(yè)學(xué)院（ESF）在另一組織美國(guó)栗樹基金會(huì)（TACF）的支持下，也在其實(shí)驗(yàn)室和錫拉丘茲郊外的近18公頃森林里開展基因工程研究。

當(dāng)ESF生物學(xué)家比爾·鮑威爾及其團(tuán)隊(duì)于1989年開始使用栗樹胚細(xì)胞進(jìn)行研究時(shí)，僅優(yōu)化生長(zhǎng)過程便花費(fèi)了10年。后來，實(shí)驗(yàn)室的研究人員在胚胎中插入了一種小麥基因，從而抑制由真菌產(chǎn)生的草酸毒素。對(duì)這些轉(zhuǎn)基因栗樹進(jìn)行數(shù)據(jù)收集需要時(shí)間，因?yàn)槊看鯓湫枰獢?shù)年才能獲得最有用的數(shù)據(jù)。最終，他們培育出了一條名為Darling-58的希望之線。雖然Darling-58并不完美，表現(xiàn)也因樹木和地點(diǎn)而異，但數(shù)據(jù)表明感染速度變慢，瘤狀物較小。

2020年，Darling-58成為第一個(gè)被提交給美國(guó)農(nóng)業(yè)部動(dòng)植物衛(wèi)生檢驗(yàn)局、環(huán)境保護(hù)局和食品藥品管理局進(jìn)行聯(lián)邦監(jiān)管審批的轉(zhuǎn)基因森林樹種，以確定其在野外引入的安全性。

如今，“美國(guó)栗”正在紐約州種植和繁殖這種轉(zhuǎn)基因栗樹，并計(jì)劃在批準(zhǔn)后銷售這些樹苗。公司也計(jì)劃繼續(xù)優(yōu)化栗樹品種，先向樹木愛好者銷售，再推廣到農(nóng)民和環(huán)保人士，用于木材、森林恢復(fù)，甚至碳捕獲。

為支持這一努力，公司正在尋找優(yōu)質(zhì)的野生樹種標(biāo)本。2024年初，它收購(gòu)了一個(gè)由一位環(huán)保人士用心栽培了30年的栗樹林場(chǎng)，該場(chǎng)地坐落在風(fēng)大的山頂，樹木來自栗樹自然分布的12個(gè)州。

多數(shù)栗樹因枯萎病顯得丑陋且虛弱，帶有腫脹的瘤狀物、“枯萎”枝條，或綠色的新芽每季冒出，隨后倒下枯萎?！懊绹?guó)栗”的聯(lián)合創(chuàng)始人安德魯·薩拉津坦言，“這些樹讓我有些傷感?！比欢?，有幾棵長(zhǎng)到了12米高，只帶有少數(shù)瘤狀物。這些標(biāo)本都已取樣分析，將成為栗樹基因數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)。

接下來的計(jì)劃是：運(yùn)用生物信息學(xué)和人工智能技術(shù)，將基因標(biāo)記與特定性狀關(guān)聯(lián)起來。借鑒在其他行業(yè)開發(fā)的幼苗生產(chǎn)、克隆和高強(qiáng)度光室中加速生長(zhǎng)的技術(shù)——這些技術(shù)尚未在森林樹木中大規(guī)模應(yīng)用。開發(fā)出幾個(gè)多樣化的抗枯萎病新栗樹品種，用于森林恢復(fù)、堅(jiān)果生產(chǎn)和木材。然后，以前所未有的規(guī)模生產(chǎn)幼苗，以加速抗病性栗樹在野外的傳播。“樹木的生長(zhǎng)需要很長(zhǎng)時(shí)間，我們需要加速解決這個(gè)30年的問題?！彼_拉津說道。

栗樹復(fù)興

栗樹在美國(guó)并未完全消失：實(shí)際上，美國(guó)人每年食用近1.5萬噸的栗子。這些栗子大多是歐洲和亞洲品種，主要靠進(jìn)口。然而，一些公司正計(jì)劃擴(kuò)大栗樹的本土種植。

在這方面領(lǐng)先的是位于紐約上州的一家名為面包樹農(nóng)場(chǎng)的公司。今年3月，該公司獲得了美國(guó)農(nóng)業(yè)部200萬美元的資助，用于建設(shè)美國(guó)最大的有機(jī)栗子加工設(shè)施，其規(guī)模將是自有的約100公頃栗樹所需的8倍。公司致力于擴(kuò)大該區(qū)域的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。“我們已有超過100名種植戶，他們將種植栗樹?！泵姘鼧滢r(nóng)場(chǎng)的年輕聯(lián)合創(chuàng)始人拉塞爾·沃拉克說。

栗子的營(yíng)養(yǎng)成分與糙米相似，碳水化合物含量高，脂肪含量低于其他堅(jiān)果。且與其他堅(jiān)果樹不同的是，栗樹每年都會(huì)結(jié)出大豐收的堅(jiān)果，產(chǎn)量十分豐厚。

這使它成為一種被稱為“農(nóng)林復(fù)合”的農(nóng)業(yè)替代方式的理想選擇。該方式通過在糧食種植中融入更多的樹木來實(shí)現(xiàn)。食品、農(nóng)業(yè)和土地利用總共約占溫室氣體排放的四分之一。而在田間設(shè)置防風(fēng)林或?qū)淠咀鳛檗r(nóng)作物種植，則可降低農(nóng)業(yè)的碳足跡。

多種樹木可用于此種方式，但大自然保護(hù)協(xié)會(huì)北美地區(qū)科學(xué)主任喬·法爾焦內(nèi)表示，栗樹是理想選擇之一。“它在氣候方面很有優(yōu)勢(shì)，且有許多農(nóng)民對(duì)此感興趣?！眴獭し柦箖?nèi)說，“栗樹長(zhǎng)成后體型大，碳儲(chǔ)量多，而且產(chǎn)量極高。這不僅有利于環(huán)境，還能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)上的可持續(xù)發(fā)展。”

對(duì)栗樹復(fù)興的熱情將林業(yè)工作者和農(nóng)民們緊密聯(lián)系在一起。農(nóng)民們并未等待轉(zhuǎn)基因樹種的聯(lián)邦批準(zhǔn)，他們已經(jīng)開始種植現(xiàn)有的中國(guó)栗樹品種，以及美洲栗與中國(guó)栗的雜交品種，這些樹木在東部地區(qū)生長(zhǎng)良好。不過，喬·法爾焦內(nèi)表示，若要大規(guī)模發(fā)展栗樹種植，農(nóng)民們?nèi)匀恍枰煽康幕蚋牧紭浞N作為種源。

此外，這些外國(guó)果園品種如果被種植在野外，則會(huì)被視為入侵物種。它們也不能以同樣的方式為野生動(dòng)物提供食物，美國(guó)栗樹基金會(huì)的首席保護(hù)官菲茨西蒙斯表示：“野火雞更喜歡美洲栗樹?！彼f：“還有藍(lán)松鴉——由于美洲栗樹果實(shí)較小，它可以在喉囊里儲(chǔ)存更多栗子?！币虼?，森林恢復(fù)需要的是美洲栗樹，或盡可能接近它們的品種，這也正是基因工程和雜交項(xiàng)目的重要性所在，但這一過程充滿了挑戰(zhàn)。

“在出生時(shí)被換了”

2023年末，美國(guó)緬因大學(xué)的一位生物學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)證據(jù)：Darling-58并不是人們以為的那個(gè)品種。近10年來，ESF辛苦收集的所有關(guān)于這一品系的數(shù)據(jù)實(shí)際上都屬于另一品系，即Darling-54，它的基因插入點(diǎn)位于基因組的不同位置。盡管如此，之前的積極結(jié)果依然存在，只是這些樹一直以來被貼錯(cuò)了標(biāo)簽。

2023年12月，美國(guó)栗樹基金會(huì)突然宣布撤回對(duì)ESF的Darling樹研究的支持，原因是54與58的混淆，同時(shí)他們還表示對(duì)54品系的表現(xiàn)“令人失望”。

但ESF的美國(guó)栗樹項(xiàng)目負(fù)責(zé)人安迪·紐豪斯稱，標(biāo)簽問題并非致命問題，這項(xiàng)研究并不需要“從頭再來”。他表示：“這是在糾正記錄，確保我們有正確的標(biāo)簽，并繼續(xù)前進(jìn)?！彼€指出監(jiān)管申請(qǐng)仍在進(jìn)行中（美國(guó)農(nóng)業(yè)部和FDA對(duì)此未作評(píng)論，而EPA未回應(yīng)評(píng)論請(qǐng)求）。

紐豪斯對(duì)記錄中的樹木對(duì)枯萎病的反應(yīng)進(jìn)行了辯護(hù)，并指出，我們現(xiàn)在知道這些樹實(shí)際上是Darling-54。此外，他表示，他們有一個(gè)可能更優(yōu)的新品系——DarWin?！癢in”代表“傷口誘導(dǎo)”。這種樹木的抗枯萎病基因僅在樹皮受傷時(shí)才會(huì)激活，類似于動(dòng)物的免疫反應(yīng)機(jī)制。這可能比Darling-54持續(xù)表達(dá)抗枯萎病基因的方式更為高效，因此DarWin樹可能有更多能量用于生長(zhǎng)和結(jié)出栗子。

DarWin樹齡約3年，仍在收集數(shù)據(jù)中。紐豪斯表示，如果Darling樹被批準(zhǔn)為安全品種，將會(huì)加速DarWin樹的審批進(jìn)程。

美國(guó)栗樹基金會(huì)停止支持Darling的另一個(gè)原因是，在其官網(wǎng)的問答欄中，基金會(huì)表示對(duì)ESF與“美國(guó)栗”公司達(dá)成的數(shù)百萬美元許可協(xié)議感到“驚訝和擔(dān)憂”，因?yàn)樗麄冊(cè)菊J(rèn)為項(xiàng)目的成果會(huì)作為“公共資源”免費(fèi)向公眾開放。商業(yè)化可能會(huì)提高栗樹的價(jià)格，從而使種植者負(fù)擔(dān)加重，菲茨西蒙斯未對(duì)此進(jìn)一步評(píng)論。

生物技術(shù)的先行者

“美國(guó)栗”公司的薩拉津是一位羅德學(xué)者，科學(xué)背景為熱帶疾病研究。他曾在全球慈善事業(yè)中取得成就，為蓋茨基金會(huì)管理價(jià)值數(shù)百萬美元的資助項(xiàng)目，包括富含維生素的“黃金大米”和艾滋病疫苗等項(xiàng)目。

2020年，他擔(dān)任鄧普頓世界慈善基金會(huì)總裁，批準(zhǔn)了320萬美元的“變革性”資助，以支持SUNYESF的栗樹項(xiàng)目。薩拉津逐漸確信栗樹能夠成為更宏大計(jì)劃的開端。他還對(duì)栗樹懷有一份情感上的聯(lián)系，因?yàn)樗钠拮蛹以谖鞲ゼ醽喼莸霓r(nóng)場(chǎng)栽培栗樹已歷經(jīng)數(shù)代。

他說，隨著蟲害和病原體威脅著不同的物種，森林的精準(zhǔn)管理潛力巨大，可以借助我們?cè)卺t(yī)學(xué)中使用的同樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

為此，薩拉津認(rèn)為需要真正的資本。他表示：“只有一個(gè)系統(tǒng)最適合這種創(chuàng)新，那就是通過激勵(lì)機(jī)制將資源聚集起來?！?/p>

薩拉津與企業(yè)家好友布盧姆合作，注冊(cè)了“美國(guó)栗”公司，并將其認(rèn)證為特拉華州的公益公司，承諾在追求利潤(rùn)的同時(shí)注重社會(huì)和環(huán)境影響的透明性。他們向“影響力投資者”推銷這一愿景，這也是那年7月在種子農(nóng)場(chǎng)的部分活動(dòng)內(nèi)容。公司目前已獲得400萬美元的種子資金，并計(jì)劃在來年再融資700萬至1000萬美元。

薩拉津表示，他為投資者提供的不是快速回報(bào)，而是一次參與“將一個(gè)瀕臨功能性滅絕的樹種帶回生活、參與這一偉大的美國(guó)故事”的機(jī)會(huì)。

接下來幾十年乃至更長(zhǎng)的時(shí)間，他們計(jì)劃在東部森林中重新種植數(shù)百萬棵優(yōu)良的基因改良樹種。

乍一聽，這似乎像是科幻中的地球改造情景。另一方面，大自然保護(hù)協(xié)會(huì)的格林伍德表示，幾乎每類樹種都因氣候變化面臨威脅。新興的病原體在新區(qū)域擴(kuò)散，樹木因極端天氣受壓，而以前用于殺死病蟲的極寒冬季也變得溫和了。

除了栗樹枯萎病，還有荷蘭榆樹病、綠灰蛀蟲、山胡桃病、橡樹枯萎病和白松泡銹病等。由于冬季氣溫回升，南方松甲蟲現(xiàn)在已能遷徙至北方的馬薩諸塞州。過去的吉普賽蛾更名為海綿蛾，每年啃食足夠的葉子，使森林在6月看起來“像被剝光了衣服”。過去10年中，在五大湖區(qū)還出現(xiàn)了一種此前未知的攻擊葉片和芽的新線蟲。生病和枯死的樹木停止吸收碳和儲(chǔ)存水分，更易引發(fā)野火，甚至可能導(dǎo)致整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。

“入侵物種的擴(kuò)散速度已超過生物的自然進(jìn)化。”格林伍德說，“我們必須加速樹種的自然選擇。這是一項(xiàng)龐大的任務(wù)，直到最近我們才開發(fā)出工具，能弄清我們到底該如何應(yīng)對(duì)。”

格林伍德所指的“新工具”，正是美國(guó)栗正在嘗試的——基因分析和先進(jìn)的園藝技術(shù)，讓抗病樹種更快地繁殖并被引入野外。

格林伍德還指出，大自然保護(hù)協(xié)會(huì)也支持美國(guó)栗樹協(xié)作基金會(huì)，該基金會(huì)通過雜交野生美洲栗樹來提高抗枯萎病能力。作為一個(gè)沒有大學(xué)支持的全志愿者組織，他們將雜交栗樹郵寄給全國(guó)的業(yè)余種植者。據(jù)基金會(huì)主席艾德·格林威爾稱，雖然具體數(shù)量不清楚，但已有約5000棵，甚至更多。他見過一些40多歲且健康的栗樹。

但基金會(huì)缺乏緊迫感?！拔覀兪亲曰I資金，因此可以按照自己的步調(diào)進(jìn)行雜交。”格林威爾表示，“我們的方法久經(jīng)考驗(yàn)，也沒有采取基因改造的壓力，這可能本可以縮短栗樹重返森林的時(shí)間?！?/p>

GMO森林的概念挑戰(zhàn)了我們對(duì)“自然”的認(rèn)知。這或許恰好說明了我們?cè)凇叭祟愂馈钡陌l(fā)展進(jìn)程中所處的階段。

格林威爾并非唯一反對(duì)GMO栗樹的人。2023年，東部切諾基族的時(shí)任農(nóng)業(yè)和自然資源部長(zhǎng)喬伊·奧爾對(duì)《谷物》雜志表示，雖然部族在必要時(shí)愿意在其土地上引入轉(zhuǎn)基因樹木，但這將是他們“最不愿采取的最后選擇”。

格林伍德為SUNYESF提交的Darling樹監(jiān)管申請(qǐng)撰寫了一封專家信件，類似于支持陳述。她對(duì)此類反對(duì)意見十分重視。她表示，“如果我們不考慮變革中的人文因素，無論生物或化學(xué)設(shè)計(jì)多么完美，這些變革都將失敗?！?/p>

在7月的種子農(nóng)場(chǎng)活動(dòng)中，坐在帳篷下，面對(duì)盤中燒烤的科學(xué)家、環(huán)保人士和企業(yè)家們開始辯論對(duì)GMO的真實(shí)反對(duì)程度。薩拉津認(rèn)為，人們真正反感的是企業(yè)壟斷，而非技術(shù)本身。他希望通過將公司注冊(cè)為公益公司，并向環(huán)保組織和負(fù)責(zé)任的森林產(chǎn)品與堅(jiān)果生產(chǎn)者開放種植許可，能證明“美國(guó)栗”公司的初衷是好的。

不過，有人指出，GMO森林的概念挑戰(zhàn)了我們對(duì)“自然”的認(rèn)知。這或許說明了我們?cè)凇叭祟愂馈钡陌l(fā)展進(jìn)程——未來生態(tài)網(wǎng)中的任何生物都很難保持不受人類影響。

這種責(zé)任可能比我們意識(shí)到的更能讓我們與過去產(chǎn)生共鳴。數(shù)百年來，像豪德諾索尼族等原住民有意地管理土地，以改善栗樹的生長(zhǎng)環(huán)境。歐洲人開始砍伐土地用于農(nóng)業(yè)和木材后，生長(zhǎng)迅速的栗樹反而獲得了更大的生長(zhǎng)空間。事實(shí)證明，殖民者擁抱的這片以栗樹為主的森林并非真正的自然產(chǎn)物，而是人類與栗樹之間關(guān)系的產(chǎn)物。這種關(guān)系如今繼續(xù)演變著。