Banki genów — wyścig z czasem

OD NASZEGO KORESPONDENTA Z WIELKIEJ BRYTANII

NASZE istnienie zależy od roślin. Dostarczają nam one pożywienia, surowców do wyrobu ubrań, a także opału. Stosuje się je też do produkcji materiałów budowlanych oraz ratujących życie lekarstw. Bez roślin nie mogłyby istnieć również zwierzęta. Jak jednak ostrzegają niektórzy naukowcy, mniej więcej jednej czwartej roślin świata grozi wymarcie w ciągu najbliższych 50 lat. Podjęto więc wyścig z czasem. Przewodzi w nim Milenijny Bank Nasion.

Instytucję tę okrzyknięto „arką Noego dla roślin” i „polisą ubezpieczeniową naszej planety”. Jej siedziba, wzniesiona kosztem 120 milionów dolarów, znajduje się w południowej Anglii. Obiekt ten zapewni schronienie ogromnej ilości nasion najbardziej zagrożonych gatunków roślin z całego świata.

Czym jest bank genów?

Czy oddawałeś kiedyś jakieś kosztowności do depozytu w banku? Bank genów, inaczej bank nasion, odgrywa podobną rolę. Pomaga w prosty, ekonomiczny sposób uchronić przed wymarciem dowolne rośliny — od najmniejszych ziół po największe drzewa. Złożone w nim nasiona nie potrzebują szczególnej opieki. Zwykle nie zajmują też dużo miejsca. W maleńkiej szklanej fiolce zmieści się nawet milion nasion storczyka! W wypadku wielu innych gatunków w zwykłym słoiku można zgromadzić tyle ziaren, ile wynosi liczba mieszkańców dużego miasta. Dzięki odpowiednim zabiegom taki depozyt, z którego da się wyhodować młode roślinki, może być bezpiecznie przechowywany dziesiątki, a nawet setki lat — o wiele dłużej, niż mógłby przetrwać w naturalnych warunkach.

Banki nasion nie są nowym wynalazkiem, ale dawniej chroniono w nich tylko rośliny uprawne. W roku 1974 naukowcy z Królewskich Ogrodów Botanicznych znajdujących się w londyńskiej dzielnicy Kew zaczęli badać możliwości przechowywania nasion dzikich roślin w oddziale w Wakehurst Place (Sussex). Po zgromadzeniu nasion około 4000 gatunków zdali sobie jednak sprawę, że aby w skali globalnej zapobiegać wymieraniu roślin, a także degradacji ich naturalnych środowisk, trzeba podjąć znacznie bardziej zdecydowane działania. W roku 1998 rozpoczęto więc w Wakehurst Place budowę większego banku genów.

Realizowanie celów

Pierwszy cel wytknięto jeszcze przed ukończeniem budowy. Postanowiono do roku 2000 zebrać nasiona wszystkich drzew, krzewów, traw i polnych kwiatów rosnących w Wielkiej Brytanii. Z 1440 występujących tam gatunków 317 jest zagrożonych. Już wcześniej w banku przechowywano nasiona 579 roślin. Zespół 250 botaników — zarówno profesjonalistów, jak i amatorów — przemierzał kraj w poszukiwaniu pozostałych gatunków. Entuzjaści tego przedsięwzięcia wspinali się na góry, schodzili  po urwistych zboczach, brodzili w lodowatej wodzie. Dzięki temu udało się w wyznaczonym czasie znaleźć przedstawicieli prawie wszystkich gatunków, z wyjątkiem paru rzadkich okazów.

W roku 2000 wytknięto główny cel: do roku 2010 zabezpieczyć jedną dziesiątą wszystkich roślin nasiennych świata, czyli przeszło 24 000 gatunków. Szczególne wysiłki mają być skoncentrowane na regionach o suchym klimacie, gdzie mieszka jedna piąta ludności świata. Życie tych ludzi zależy od roślin, lecz co roku wielkie obszary ziemi zmieniają się tam w pustynie. W niektórych krajach zbieranie nasion zaczęto na początku roku 1997, a do lutego 2001 roku Królewskie Ogrody Botaniczne zgromadziły 300 milionów nasion ze 122 państw. Na umieszczenie w banku wciąż czeka 19 000 gatunków roślin.

Przechowywanie nasion

Ogrodnicy i rolnicy przechowywali nasiona już od dawna. Jednak te zmagazynowane w Milenijnym Banku Nasion mogą przetrwać o wiele dłużej niż w zwykłych warunkach. Sekret tkwi w specjalnej metodzie suszenia i zamrażania.

Zebrane w odpowiedniej ilości i wstępnie oczyszczone ziarna umieszczane są w woreczkach z papieru lub materiału, a nawet w butelkach, by przeschły przed podróżą do Wielkiej Brytanii. W tym samym czasie odpowiednio preparuje się również okazy roślin, co pozwoli dokonać identyfikacji po przywiezieniu ich do Kew. Dzięki systemowi nawigacji satelitarnej zapisuje się też miejsce, gdzie znaleziono daną próbkę.

W Wakehurst Place nasiona przechodzą dwa ważne etapy suszenia, pomiędzy którymi są jeszcze oczyszczane. W suszarniach wilgotność powietrza jest niższa niż na większości pustyń, przy czym w drugim etapie jest jeszcze niższa niż w pierwszym. Dzięki temu zawartość wody w nasionach, wynosząca początkowo 50 lub więcej procent, spada do około 5 procent. Pozwala to bezpiecznie je zamrażać, a także spowalnia ich procesy życiowe. W takim stanie, podobnym do hibernacji, ziarna mogą przetrwać przez bardzo długi czas. Zanim zostaną złożone w banku, część z nich prześwietla się promieniami Roentgena, aby sprawdzić, czy są zdrowe i nienaruszone przez szkodniki. Na innej próbce testuje się, czy wykiełkują. Podobne próby będzie się  potem powtarzać co dziesięć lat. Jeśli wykiełkuje mniej niż trzy czwarte nasion, trzeba będzie zbierać nowe.

Naukowcy koncentrują się na tym, jak ziarna reagują na długotrwałe składowanie oraz jak później pobudzić je do kiełkowania. Nasiona trafiają wreszcie do hermetycznie zamkniętych słojów umieszczonych w wielkim betonowym magazynie, w chłodniach o rozmiarach jednego lub dwóch pokoi. W ustawionych na półkach pojemnikach, rozpoczynają swój długi sen w temperaturze –20°C.

Czy takie przechowywanie jest skuteczne? Okazuje się, że tak. Kilka lat temu sprawdzono żywotność 3000 nasion różnych gatunków. Choć składowano je od dziesięciu lat, wykiełkowało aż 94 procent.

Niektóre gatunki sprawiają jednak pewne trudności. Ich nasiona obumierają, jeśli utracą zbyt dużo wody. Do takich kłopotliwych roślin należą niektóre gatunki dębów (Quercus), kakaowiec właściwy (Theobroma cacao) czy kauczukowiec brazylijski (Hevea brasiliensis). Zabójcze są dla nich też próby zamrażania bez odpowiedniego wysuszenia — zamarzająca woda rozszerza się i rozrywa ścianki komórek. Naukowcy starają się znaleźć sposób ominięcia tych przeszkód. Jednym z możliwych rozwiązań jest wydzielenie z nasionka zarodka, szybkie osuszenie go i przechowywanie w bardzo niskiej temperaturze w ciekłym azocie.

Kto dostaje odsetki z banku?

Podobnie jak zwykły bank, Milenijny Bank Nasion zapewnia korzyści. Zgromadzone zasoby nasion pozwalają prowadzić prace badawcze. Jedna czwarta leków stosowanych na świecie jest pochodzenia roślinnego, a nie poznano jeszcze 80 procent światowej flory. Kto wie, jakie jeszcze lekarstwa czekają na odkrycie? Za przykład niech posłuży pewna śródziemnomorska odmiana bobu (Vicia faba), z którego udało się wyselekcjonować białko mające wpływ na krzepnięcie krwi. Może to pomóc w walce z rzadkimi chorobami krwi. Niewykluczone, że z czasem uda się wyprodukować nowe rodzaje pożywienia, paliw albo włókien.

Do Milenijnego Banku Nasion przyjeżdżają zagraniczni naukowcy, aby uczyć się, jak przechowywać ziarna i pobudzać je do kiełkowania. Dzięki temu będą mogli tworzyć banki genów w swoich krajach. Każde państwo, które dostarcza temu bankowi nasiona, jest właścicielem części depozytu i w przyszłości będzie odnosić pożytek z ewentualnych odkryć naukowych, a także czerpać inne korzyści.

Gromadząc nasiona, można przeciwdziałać wymieraniu gatunków i degradacji środowiska. Daje to nadzieję na polepszenie sytuacji szybko  zanikającej flory, a także wielu zależnych od niej form życia.

Jak wygrać ten wyścig?

Bez wątpienia ludzkość stanęła w obliczu poważnego zagrożenia. Roger Smith, który nadzoruje przechowywanie nasion w Królewskich Ogrodach Botanicznych, wymienia trzy powody utworzenia banku: „Pierwszy to możliwość bezpośredniego użycia zasobów. Czy wiemy już tak dużo o każdej roślinie, by w razie wymarcia danego gatunku móc powiedzieć, co utraciliśmy w dziedzinie medycyny czy żywienia? Druga sprawa to współzależność organizmów. Wyobraź sobie sieć, w której każdy gatunek żyjący na ziemi stanowi jeden węzeł. Ile węzłów możesz wyciąć, zanim całkowicie zniszczysz sieć? Ale najważniejszym powodem jest poczucie odpowiedzialności. Jakie mamy prawo zubażać następne pokolenia, nie przekazując im gatunków, które sami odziedziczyliśmy?”

W przyszłości trzeba będzie się zmierzyć z ogromnymi wyzwaniami. Jak mówi koordynator jednego z przedsięwzięć Steve Alton, „można zebrać wszystkie nasiona świata, ale jeśli nie zachowa się ich środowiska, to nie ma sensu ich magazynować”. Czy uda się więc uratować nie tylko ginące gatunki, ale też zapewnić ochronę całej naszej planecie?

Nie ma co do tego wątpliwości! Sam Stwórca obiecał: „Będzie bowiem nasienie pokoju; winorośl wyda swój owoc i ziemia wyda swój plon, a niebiosa dadzą swą rosę; i z całą pewnością sprawię, że pozostali z tego ludu odziedziczą to wszystko” (Zachariasza 8:12).

[Ramka i ilustracje na stronie 25]

JEDEN Z WIELU

Bank genów w Królewskich Ogrodach Botanicznych to tylko jedna z 1300 tego typu placówek, zajmujących się przechowywaniem nasion w komorach chłodniczych. Steve A. Eberhart, kierownik Państwowego Laboratorium Przechowywania Nasion w Kolorado, określa swój ośrodek mianem czegoś w rodzaju „Fort Knox dla roślin” (w Fort Knox znajdują się rezerwy złota USA).

[Ilustracje]

Milenijny Bank Nasion

[Ramka na stronie 26]

KORZYSTANIE Z PULI GENÓW

Ważnym zadaniem stawianym bankom nasion jest przechowywanie różnych odmian danej rośliny i pokrewnych gatunków. Taki zbiór umożliwia potem czerpanie materiału genetycznego w razie konieczności walki z nowymi chorobami czy szkodnikami. Odpowiednie krzyżowanie odmian pozwala zwiększyć plony, wartość odżywczą i odporność roślin. Dysponowanie dużą pulą genów jest coraz ważniejsze.

Ponad 90 procent światowego zapotrzebowania kalorycznego zaspokajają 103 gatunki roślin, przy czym przeszło połowę żywności stanowią plony trzech głównych gatunków: ryżu, pszenicy i kukurydzy. Na czym polega problem?

Jeżeli odmiany jakiejś powszechnie uprawianej rośliny są genetycznie podobne, to cały plon może paść ofiarą jednej choroby lub szkodnika. Najbardziej znanym przykładem tragicznych skutków braku różnorodności genetycznej jest to, co zdarzyło się w Irlandii w latach czterdziestych XIX wieku. Zaraza wywołana przez grzyb Phytophthora infestans zniszczyła plony ziemniaków i spowodowała wielki głód. Zmarło wtedy 750 000 ludzi.

[Ramka na stronie 27]

ZAGROŻONA RÓŻNORODNOŚĆ

Doktor Peter H. Raven przestrzegł uczestników XVI Międzynarodowego Kongresu Botaników, odbywającego się w USA: „Do połowy [XXI] wieku z szacowanej całkowitej liczby 300 000 gatunków aż 100 000 może wyginąć lub znaleźć się na krawędzi wyginięcia”. Raport Organizacji Narodów Zjednoczonych do spraw Wyżywienia i Rolnictwa (FAO) donosi, że różnorodność roślin uprawnych już uległa znacznemu zubożeniu. A największe zagrożenie nadciąga z nieoczekiwanego źródła.

W raporcie FAO można przeczytać: „W naszych czasach głównym powodem zaniku różnorodności genetycznej jest rozwój nowoczesnego, skomercjalizowanego rolnictwa. Często niezamierzonym skutkiem wprowadzenia nowych odmian jest zaniechanie uprawy i utrata odmian tradycyjnych, bardzo zróżnicowanych”.

W roku 1949 uprawiano w Chinach niemal 10 000 odmian pszenicy. Dziś nie ma tam nawet tysiąca. W USA w ciągu ostatnich 100 lat utracono prawie 6000 odmian jabłoni, a także 95 procent odmian kapusty i 81 procent odmian pomidorów.

Przyczyną utraty różnorodności roślin uprawnych jest również wojna. Lokalne odmiany giną, gdy rolnicy muszą na szereg lat opuścić swoje gospodarstwa. W czasopiśmie The UNESCO Courier zauważono: „Wojny (...) spustoszyły wszystkie kraje na zachodnim wybrzeżu Afryki, gdzie od dawien dawna uprawiano ryż. Region ten jest najważniejszym źródłem zróżnicowanych genetycznie odmian ryżu afrykańskiego (Oryza glaberrima), który (...) może być teraz krzyżowany z azjatyckim ryżem, jedną z najpopularniejszych roślin uprawnych świata. Jeśli ta (...) mało zbadana afrykańska roślina padnie ofiarą pożogi wojennej, skutki będą odczuwalne na całym świecie”.

Bezpieczniej niż w banku nasion

John Tuxill, naukowiec z Worldwatch Institute, ostrzegł: „Coraz lepiej potrafimy manipulować genami, ale jedynie natura potrafi je tworzyć. Jeśli ginie roślina, która ma jakąś unikalną cechę, jest to strata nieodwracalna”. Dlatego przeznacza się miliony dolarów na zabezpieczanie nasion w bankach genów.

Jednak jeszcze większe poczucie bezpieczeństwa daje obietnica Stwórcy tych cudów miniaturyzacji, który już dawno zapewnił nas: „Przez wszystkie dni istnienia ziemi siew i żniwo (...) nigdy nie ustaną” (Rodzaju 8:22).

[Ilustracja na stronie 24]

Zbieranie nasion w Burkina Faso

[Ilustracja na stronie 25]

Nasiona są przechowywane w niskiej temperaturze

[Ilustracja na stronie 26]

Botanik z Kenii uczy się sprawdzać zawartość wody w nasionach

[Prawa własności do ilustracji, strona 24]

Wszystkie ilustracje na stronach 24-27: Królewskie Ogrody Botaniczne w Kew