从从玉米穗越来越大,到处都是基因工程,在过去的几十年里,基因工程已经悄然出现在我们的餐桌上。但是文明是如何发展到这一步的?这对你的食物意味着什么?
基因工程的历史
我们今天吃的大多数食物都是通过可以追溯到3万年这些传统的育种过程有时被称为“选择性育种”或“人工选择”,涉及将来自两个不同来源(例如植物或动物)的基因(通过性交)混合,以在其后代中产生所需的特性。我们可能不认为这种方法与现代基因工程有关,但这两个原理依赖于同一个想法:你可以通过选择来影响生物体的 DNA 以产生所需的特性。
一个很好的例子就是狗的繁殖。有时很难相信哈巴狗和吉娃娃等现代犬种与德国牧羊犬或爱尔兰猎狼犬拥有相同的遗传谱系,但所有这些不同的犬种都来自人类驯养的史前狼。
虽然我们不确定这种驯化何时发生、为何发生或在哪里发生,但我们知道狗与它们共同的狼祖先在大约27,000 至 40,000数年前,在旧石器时代晚期,我们仍处于狩猎采集阶段。人们普遍认为,驯化是通过选择性繁殖的过程进行的,即选择表现出有用特征的特定狼与人类一起生活。这可能包括选择动物的狩猎技巧和温顺性——因为谁愿意与一只具有攻击性或害怕你的动物生活在一起?
几个世纪以来,各种附加特征被选择,如大小、毛发长度、颜色、体形和交配行为,这些特征改变了狗的基因,以至于许多狗种不再与它们的野生祖先相似。
同样,人工选择也被用于植物物种。最早在植物上实践这一概念的例子可以追溯到大约 10,000 年前的西南亚人类驯化和繁衍的地方单粒小麦以提高其颗粒分散性。
玉米是人工选择对农作物品种进行的最令人印象深刻和最引人注目的改造之一。玉米最初是一种名为大刍草的野草,长出的穗小,籽粒少,经过几个世纪的逐渐培育,玉米穗越来越大,籽粒也越来越多。通过这一过程,我们得到了今天所知道的玉米类型。同样的方法也为我们带来了其他农作物,例如西兰花果头更大,更甜,更多汁苹果, 和香蕉含有较小种子。
选择性育种可能有助于产生生物物种所需的变化,但在现代世界中,这种做法太慢了,无法依赖。这就是现代基因工程技术发挥作用的地方。这些技术可以实现通过自然选择需要几代人才能实现的结果。它们还可以在实验室中使用特定的过程和技术将遗传信息从一个物种转移到另一个物种。
什么是转基因生物?它与食物有何关系?
20 世纪 70 年代初,两位科学家开发并展示了一项改变遗传学未来的技术。1973 年,赫伯特·博耶和斯坦利·科恩能够使用分离的酶从一种生物体中切割出一串 DNA,并将其有效地粘贴到另一种生物体中。在这种情况下,他们从一种细菌菌株中提取了与抗菌素耐药性相关的基因,并将其插入另一种细菌中,从而赋予其相同的耐药性。博耶和科恩刚刚创造了第一个转基因生物 (GMO)。
这场革命不仅对我们理解基因工程产生了巨大影响,而且对药理学和医学治疗也产生了实际影响。他们的工作很快在 1974 年被鲁道夫·耶尼施和贝阿特丽斯·敏茨将外来DNA引入小鼠胚胎。
他们是如何实现这一点的?要创造转基因生物,首先要确定赋予生物体(无论是植物、动物还是微生物)所需特性的遗传信息或基因。然后可以通过使用各种技术复制该信息,但通常通过称为重组. 与博耶和科恩的例子一样,重组涉及用一种称为限制酶的酶切割 DNA,然后将该 DNA 与不同物种的 DNA 结合(或拼接),或创建具有不同功能的基因。切割的 DNA 用另一种称为DNA连接酶一旦该过程完成,这些副本通常被称为重组 DNA。
然后培养基因改变的细胞或微生物,并产生许多具有新基因的新副本。通过从供体生物中专门引入所需特性的基因,新生物可以摆脱传统育种技术可能出现的其他不需要的基因。例如,当植物育种者想要将新特性引入植物物种时,他们会通过异花授粉来实现,这也可能会将导致不需要的特性的其他基因引入该物种。因此,基因工程是一种实现相同结果的更精确的方法。
转基因食品面临哪些争议?
转基因食品自 20 世纪 90 年代以来就已上市,尤其是在美国,一般指植物产品,如转基因番茄、玉米、棉花、油菜、大豆、甜菜、苹果、土豆等。大多数国家对这些产品的生产都实行严格的监管,在销售前必须满足特定的健康和食品要求。现有的科学证据和研究表明,受监管的转基因生物是安全的,不会造成任何危害。威胁消费者的健康。
尽管如此,转基因食品是否可作为食物仍存在争议。人们出于各种宗教和哲学理由提出了反对意见,但主要集中在转基因对健康和环境的影响上。特别是,转基因食品可能导致癌症。然而,没有证据表明这些食物会致癌,也不清楚它们是如何想象这样做。科学界达成了罕见的共识,大部分人都一致认为转基因食品并不比传统食品更危险。
基于环境影响的反对意见更具挑战性,但最终,它们往往是对现代农业实践的批评,而不是转基因食品本身。作物不要损坏转基因作物会损害环境。一些农耕方式使用过多的除草剂,对环境产生负面影响,但非转基因作物也是如此。抗除草剂杂草也是如此,这是因为农民反复种植相同的抗除草剂作物并使用相同的除草剂。
在许多情况下,这些问题,无论涉及转基因还是非转基因作物,都可以通过负责任的农业实践得到解决。这可能包括留出农田以促进生物多样性,以及轮作对不同农药有抗性的作物,或使用不同的农药来防止出现抗性杂草。
转基因食品的未来
随着气候变化带来的威胁和挑战日益增加,我们很可能很快会看到对转基因产品的更大依赖。事实上,联合国据预测,到2050年,我们需要生产比现在多70%的粮食才能养活世界人口。与此同时,基因工程技术也在不断改进,并将在这一努力中发挥至关重要的作用。
目前,科学家们正在开发新作物具有更强的抗病和抗旱能力的动物、具有更强的生长潜力的动物以及更高效的药物。
而 CRISPR 等新技术使得农作物基因编辑变得更加容易。CRISPR利用细菌系统通过切割 DNA 的 Cas9 酶来简化基因编辑。细菌利用这种酶来抵抗病毒;现在科学家可以利用这个过程来调整许多动物或植物的基因。CRISPR 技术比转基因方法更快、更准确,因此将对未来的粮食生产产生巨大影响。此外,基因编辑作物不含外来 DNA,因此与转基因作物不同,它们受到的监管和诋毁较少。
但这并不意味着传统的选择性育种方法将会消失。目前已经有新的耐旱作物正在通过这些较老的既定方法进行开发。看来,我们问题的答案将取决于将新旧方法相结合的技术。
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