Экологические эффекты генетически модифицированных культур (11)

25.06.200732930

Влияние экспрессирующих Cry1-белки Bt-культур на нецелевые виды членистоногих (ч.2)



Перейти к началу брошюры
«Экологические эффекты генетически модифицированных культур»

Полевые испытания

Несмотря на то, что исследования первого уровня не выявили никакого непредвиденного влияния на естественных врагов вредителей сельскохозяйственных культур, требующего проведения тщательных экологических исследований, разные группы ученых провели более 50 полевых испытаний, существенно отличавшихся по масштабу, продолжительности и методам обработки результатов (Romeis et al. 2006). Авторы большинства работ с помощью различных методов проводили оценку многообразия естественных врагов, и только в ходе нескольких исследований ученые провели сравнение эффективности биологического контроля над численностью естественных врагов при выращивании традиционных и Bt-культур.

Такое сопоставление выявило лишь незначительное преходящее влияние, оказываемое на хищников и паразитоидов Bt-культурами (Eizaguirre et al. 2006, Romeis et al. 2006). Исключение составили лишь виды, которые не могли существовать на засеянных Bt-культурами полях из-за отсутствия вредителей, выступающих в качестве жертв либо хозяев (Riddick et al. 1998, Pilcher et al. 2005). Отрицательное влияние на естественных врагов, обусловленное уничтожением вредителей-мишеней, обычно не считается риском, так как является результатом любого метода контроля численности вредителей: опрыскивания химическими инсектицидами, биологического контроля и естественной устойчивости к вредителям (Romeis et al. 2006). Результаты трех работ указали на факт значительного снижения численности различных всеядных хищников, которое также было результатом снижения доступности употребляемых ими в пищу чешуекрылых (Daly & Buntin 2005, Naranjo 2005a, Whitehouse et al. 2005). Проводимые в течение шести лет полевые эксперименты по изучению влияния Bt-хлопка на численность 22 видов естественных врагов продемонстрировали, что наблюдаемое снижение численности популяций хищников (в некоторых случаях на 20%) не является значимым с экологической точки зрения (Naranjo 2005a, Naranjo et al. 2005).

Целью создания Bt-культур в первую очередь является полный или частичный отказ от использования инсектицидов. Поэтому при проведении ряда полевых испытаний часть делянок обрабатывали традиционными химическими препаратами. Это позволило провести сравнительный анализ рисков, связанных с использованием обоих методов борьбы с насекомыми-вредителями (Dale et al. 2002, Conner et al. 2003).

Эксперименты с использованием инсектицидов широкого спектра действия, таких как пиретроиды (pyrethroids) и фосфорорганические соединения, продемонстрировали значительное снижение численности многих видов хищников и перепончатокрылых паразитоидов (Bt-кукуруза: Musser & Shelton 2003, Candolfi et al. 2004, Meissle & Lang 2005; Bt-хлопок: Wu & Guo 2003, Bambawale et al. 2004, Men et al. 2004, Hagerty et al. 2005, Naranjo 2005a, Whitehouse et al. 2005). Побочные эффекты более избирательных инсектицидов, таких как индоксакарб (indoxacarb, oxadiazine) и спиносад (spinosad, macrolide) в значительной степени зависели от частоты опрыскивания (Musser & Shelton 2003), в то время как системные инсектициды, такие как имидаклоприд (imidacloprid) и неоникотиноид (neonicotinoid) практически не оказывали влияния на естественных врагов (de la Poza et al. 2005). Несмотря на то, что лимитирующим фактором для ряда полевых испытаний была площадь засеиваемой территории, а также недостаток статистической достоверности из-за ограниченной воспроизводимости и высокой степени разброса данных, полученные результаты свидетельствуют о том, что Bt-культуры оказывают гораздо меньше непреднамеренных эффектов, чем инсектициды широкого спектра действия. Этот вывод полностью подтверждают результаты крупномасштабного исследования, проведенного недавно в США на полях, используемых для выращивания Bt- и традиционных сортов хлопка в коммерческих масштабах (Head et al. 2005, Torres & Ruberson 2005).

На удивление небольшое количество работ посвящено сравнению функций биологического контроля над численностью вредителей, выполняемых естественными врагами в условиях культивирования традиционных и Bt-культур (Romeis et al. 2006). Однако отмечено, что уровень паразитирования на личинках чувствительных к Bt-токсинам чешуекрылых в условиях культивирования Bt-культур ниже, чем на контрольных делянках (Johnson 1997, Siegfried et al. 2001, Bourguet et al. 2002, Manachini 2003). Снижение уровня паразитизма является очевидным результатом уменьшения численности популяций хозяев. Активность хищников, питающихся личинками и яйцами чешуекрылых, не отличалась на участках, засеянных Bt-сортами (кукурузы и хлопка) и контрольных делянках, засеянных обычными культурами и не подвергавшихся обработке инсектицидами (Reed et al. 2001, Musser & Shelton 2003, Naranjo 2005b). В тоже время, применение инсектицидов широкого спектра действия оказывало на хищников выраженное отрицательное влияние (Musser & Shelton 2003). Наблюдения, проводимые на полях, используемых для коммерческого культивирования хлопка, выявили более высокую активность хищников при выращивании Bt-сортов, чем при обработке плантаций традиционных сортов инсектицидами (Head et al. 2005).

6.3.2. Влияние на опылителей

Известно, что многие насекомые являются опылителями сельскохозяйственных культур и диких растений. Это обуславливает их исключительную важность, как с экологической, так и с экономической точек зрения. Наиболее известными насекомыми-опылителями являются медоносные пчелы, однако в последнее время специалисты признают важность в обеспечении процессов опыления и других видов насекомых, в том числе шмелей и одиночных пчел.

Пыльца – основной источник белков для медоносных пчел (Crailsheim 1990), поэтому ее поедание является наиболее вероятным путем воздействия Bt-токсинов на взрослых особей (Malone & Pham-Delegue 2001). В течение сезона цветения медоносные пчелы собирают пыльцу с огромного количества растений, однако только пять видов, в том числе кукуруза, являются источником более половины собираемой в Швейцарии пыльцы. Особенно значителен вклад кукурузы летом, в отсутствие других полноценных источников пыльцы (Wille et al. 1985). Взрослые пчелы употребляют пыльцу трансгенной кукурузы, однако связанный с этим потенциальный риск зависит от количества содержащегося в ней Bt-токсина. Для наиболее широко культивируемых сортов Bt-кукурузы MON810 и Bt11 этот показатель (<0,09 мкг/г пыльцы) почти в 80 раз ниже, чем для сорта Event 176, который уже отозван с сельскохозяйственного рынка (7,1 мкг/г пыльцы) (Stanley-Horn et al. 2001). Оценку риска воздействия Bt-пыльцы на насекомых-опылителей необходимо проводить индивидуально для каждого сорта Bt-кукурузы, так как некоторые сорта, например, MON863 (экспрессирующий специфичный для жуков белок Cry3Bb), могут отличаться более высоким содержанием Bt-токсинов в пыльце. Что касается медоносных пчел, их личинки гораздо менее подвержены воздействию трансгенных продуктов, чем взрослые особи, так как пыльца является источником лишь 5% белков, необходимых для развития личинок (Babendreier et al. 2004). Личинки шмелей и одиночных пчел, напротив, употребляют большое количество пыльцы, однако нет данных, свидетельствующих о том, что эти виды собирают пыльцу кукурузы.

Экологическая и экономическая важность медоносных пчел обуславливает их выбор в качестве тестовых видов для проведения работ по оценке риска, цель которых – изучение непосредственного токсичного влияния на нецелевые организмы. В США такие исследования проводятся перед регистрацией каждого Bt-сорта (EPA 2001). При проведении тестов поедание белка Cry1Ab не оказывало никакого видимого влияния ни на личинки, ни на взрослых особей медоносных пчел (EPA 2001). Дальнейшие исследования, в рамках которых пчел кормили очищенными Bt-белками и пыльцой Bt-культур либо выпускали на засеянные Bt-растениями поля, подтвердили результаты, полученные специалистами Управления по охране окружающей среды США (Malone & Pham-Delegue 2001, Malone 2004, Babendreier et al. 2005, O’Callaghan et al. 2005).

6.3.3. Влияние на бабочек

Считается, что бабочки обладают высокой эстетической ценностью и являются символом осознания необходимости охраны окружающей среды. Белок Cry1Ab избирательно токсичен по отношению к чешуекрылым (мотылькам и бабочкам), поэтому разносимая ветром пыльца Bt-кукурузы может попадать на дикорастущие растения и оказывать токсическое влияние на кормящихся ими личинок чешуекрылых. Случай, касающийся Bt-кукурузы и бабочки-монарха Danaus plexippus (Losey et al. 1999), вызвал большой общественный интерес и активные дебаты по поводу потенциального риска и экологических эффектов выращивания Bt-кукурузы. Однако детальные исследования продемонстрировали ничтожность существующего риска и то, что токсичность высоких доз белка Cry1Ab в лабораторных условиях совсем не означает, что в полевых условиях данаиды подвергаются воздействию токсических доз белка.



Случай бабочки-монарха

Losey и соавт. (1999) обнаружили, что в лабораторных условиях личинки бабочки-монарха съедают гораздо меньше листьев молочая, присыпанных пыльцой трансгенных сортов кукурузы (сорт Bt11), по сравнению с листьями, присыпанными нетрансгенной пыльцой. Кроме того, по прошествии четырех дней эксперимента почти половина личинок экспериментальной группы погибла, чего не произошло с личинками контрольной группы, питающимися листьями, присыпанными нетрансгенной пыльцой. Сходную работу провели Jesse and Obrycki (2000), кормившие в лабораторных условиях личинок данаид до достижения ими первой возрастной стадии покрытыми пыльцой трансгенной кукурузы (сорт Event 176) листьями молочая, собранными в середине и по краям кукурузных полей. В течение 48 часов смертность среди личинок, питавшихся листьями с Bt-пыльцой, значительно превысила смертность в группах контроля, питавшихся листьями без пыльцы, либо с пыльцой обычных сортов кукурузы.

В США бабочка-монарх считается видом, символизирующим охрану окружающей среды, поэтому результаты исследований привлекли пристальное внимание к потенциальному влиянию Bt-культур на бабочек. Однако одновременно обе работы вызвали сильную критику со стороны ученых, подвергнувших сомнению достоверность выводов, основанных исключительно на результатах лабораторных исследований. Критики указывали на то, что, кроме учета обычной токсичности, при проведении оценки экологического риска необходимо учитывать характеристики реальных условий, при которых бабочки действительно могут попасть под влияние Bt-токсина. Они также подчеркивали, что при проведении работ, скорее всего, не учитывались такие факторы, как временнОе и пространственное пересечение личинок данаид и Bt-пыльцы.

Для решения этих вопросов было проведено еще несколько работ, в рамках которых оценивался ареал обитания данаид в течение периода размножения (Oberhauser et al. 2001) и часть популяции, потенциально подвергающаяся воздействию Bt-токсина в зонах выращивания Bt-кукурузы (Sears et al. 2001). Результаты показали, что в популяционном масштабе, с учетом количества обитающих на кукурузных полях личинок, засеянной кукурузой площади и содержания пыльцы на полях и прилегающих территориях, воздействие Bt-пыльцы на личинок не достигает значимого уровня (Oberhauser et al. 2001). Согласно результатам проведенной оценки, воздействию Bt-пыльцы подвергалось не более 0,8% популяции бабочек (Sears et al. 2001).

Еще одним важным подвергнутым критике фактором было количество используемой в экспериментах пыльцы. Losey и соав. (1999) не проводили количественную оценку количества пыльцы на используемых в экспериментах листьях и, соответственно, не сопоставляли с уровнем ее накопления на поверхности растений в реальных условиях. Последующие работы показали, что на самом деле личинки подвергаются воздействию гораздо меньшего количества пыльцы, чем считалось ранее. Содержание пыльцы на верхних листьях растений-хозяев, где данаиды откладывают яйца, составляет только 30-35% от количества пыльцы, собирающейся на листьях средних уровней. Кроме того, наиболее высокое содержание пыльцы наблюдается около главной жилки листа, то есть в избегаемой личинками зоне (Pleasants et al. 2001). Лабораторные анализы продемонстрировали, что единственным трансгенным сортом кукурузы, пыльца которого представляет ощутимую угрозу для данаид, является отозванный с сельскохозяйственного рынка Event 176. Пыльца широко культивируемых сортов (MON810 и Bt11), содержащая в 80 раз меньше токсина, чем пыльца Event 176 (Stanley-Horn et al. 2001), при проведении полевых испытаний не оказывала выраженного влияния на личинок данаид (Hellmich et al. 2001, Stanley-Horn et al. 2001).

Эти результаты указывают на то, что дозы пыльцы, используемые Losey и соавт., значительно превышали реальные показатели, либо на то, что используемая в эксперименте пыльца сорта Bt11 была загрязнена фрагментами других тканей растения (Anderson et al. 2004). Только исключительно высокое содержание пыльцы коммерциализированных сортов Bt-кукурузы (MON810 и Bt11) на употребляемых в пищу листьях может отрицательно сказаться на развитии личинок данаид (Hellmich et al. 2001). Однако в реальности бабочки, скорее всего, не станут откладывать яйца на чрезмерно загрязненных токсичной пыльцой листьях (Tschenn et al. 2001).

Окончательным заключением, к которому привела обработка всех полученных результатов, является то, что постоянное воздействие на личинок бабочек-данаид скоплений Bt-пыльцы на листьях молочаев может негативно сказаться на состоянии отдельных особей (Sears et al. 2001, Dively et al. 2004). Однако, в силу низкой степени риска, долгосрочное воздействие пыльцы Bt-кукурузы опасно лишь для небольшой части популяций бабочек. Поэтому вероятность того, что культивирование Bt-кукурузы окажет влияние на жизнеспособность популяций данаид, обитающих в Северной Америке, несущественна (Sears et al. 2001, Dively et al. 2004). Влияние Bt-кукурузы необходимо сопоставлять с вызываемой другими факторами высокой смертностьи данаид, которая в течение всего цикла личиночного развития достигает 80% (Oberhauser et al. 2001, Dively et al. 2004). Более важными условиями, влияющими на выживание данаид, является утрата мест зимовки в Мексике, использование инсектицидов для борьбы с чешуекрылыми вредителями и несчастные случаи, например, столкновения с движущимися автомобилями (EPA 2001).



Потенциальный вред содержащей токсин Cry1Ab пыльцы для исчезающих и находящихся под угрозой исчезновения видов чешуекрылых впервые был обозначен в 1995 году при проведении условной регистрации сорта Bt-кукурузы Event 176 (NRC 2002). Однако изучение перекрывающихся карт распространения исчезающих видов чешуекрылых и зон культивирования кукурузы не выявило территориальных совпадений. Кроме того, кукуруза не является растением-хозяином для этих видов (EPA 2001). Единственным потенциально подверженным угрозе видом признана голубая бабочка Карнера (Lycaeides Melissa samuelis). Проведенная на основании обработки дополнительных данных повторная оценка риска показала, что потенциальный уровень токсичности современных сортов Bt-кукурузы, экспрессирующих белок Cry1Ab, для личинок этого вида очень низок (EPA 2001). Кроме того, воздействие пыльцы Bt-кукурузы на личинок голубой бабочки Карнера ограничено в силу того, что зоны выращивания кукурузы и произрастания люпина, являющегося основной пищевой базой для личинок бабочки, практически не перекрываются. Дикорастущий люпин никогда не встречается на кукурузных полях и прилегающих к ним территориях. Необходимо также отметить, что основной целью работы являлась оценка риска для исчезающих и находящихся под угрозой исчезновения видов, тогда как бабочка-монарх не относится ни к тем, ни к другим. Поэтому оценка влияния Bt-кукурузы на этот вид не включалась в программу анализа рисков, проводимую органами государственного регулирования США (NRC 2002).

Несмотря на сильный общественный интерес, вызванный в Европе случаем бабочки-монарха, опубликовано очень мало работ, посвященных потенциальному влиянию токсина Cry1Ab на европейские виды бабочек. Большинство из проведенных в Европе исследований, результаты которых появились в печати, заключалось в элементарной оценке риска в лабораторных условиях (Felke & Langenbruch 2001, Felke et al. 2002, Felke & Langenbruch 2003). При проведении теоретической оценки риска немецкие авторы (Schmitz et al. 2003) установили, что только 7% видов немецких бабочек, которые могли бы пострадать от токсина Cry1Ab, обитают в сельскохозяйственных угодьях. И только 14% из этих видов (1% от общего видового разнообразия) потенциально подвержены риску в региональном масштабе.

Перевод: Евгения Рябцева,
Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» http://www.cbio.ru/

Продолжение:
Влияние экспрессирующих Cry1-белки Bt-культур на нецелевые виды членистоногих (ч.3)

Ваш комментарий:
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
Вернуться к списку статей