Perché avremo bisogno di alimenti geneticamente modificati?

Segni di peronospora compaiono improvvisamente ma prevedibilmente in Irlanda non appena il clima estivo diventa umido, le spore del patogeno delle piante simili a funghi si diffondono attraverso i campi verdi aperti e si posano sulle foglie bagnate delle piante di patate. Quest'anno ha cominciato a piovere all'inizio di agosto. Nel giro di diverse settimane, la peronospora aveva attaccato un piccolo appezzamento di patate nell'angolo della griglia ordinata di piantagioni di prova presso la sede di Teagasc, l'agenzia agricola irlandese, a Carlow.

È passato più di un mese dal primo colpo delle piante di patate e mancano ancora poche settimane alla raccolta del raccolto. Una grande casa di campagna, che ospita le operazioni di Teagasc, si affaccia sulle prove sul campo e burocrati irlandesi e dell'UE ben vestiti entrano ed escono. Gran parte dell'enorme edificio fu costruito nel 1800, durante la peggiore delle carestie che si verificarono quando la peronospora devastò il raccolto di patate in Irlanda. Tali carestie sono lontane nel passato, ma la malattia delle piante rimane un costoso tormento per gli agricoltori del paese, che richiede loro di cospargere frequentemente i loro raccolti con fungicidi. Nell'ambito di un progetto europeo chiamato Amiga per studiare l'impatto delle piante geneticamente modificate (GM), il ricercatore di Teagasc Ewen Mullins sta testando patate progettate per resistere alla peronospora. (Guarda un video di Mullins e patate geneticamente modificate in Irlanda in fondo a questa pagina o qui.)

Questa storia faceva parte del nostro numero di gennaio 2014

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È ventilato e, sebbene l'estate sia finita, è ancora caldo e umido. Tempo perfetto per la ruggine, dice Mullins. Chinandosi sulle piante allevate convenzionalmente, tira indietro con fermezza gli steli e le foglie appassiti per mostrare che i tuberi, semiesposti nel terreno, sono sfregiati da macchie nere. Quindi raccoglie una foglia verde da una delle piante geneticamente modificate, che sono state modificate con un gene resistente alla peronospora di una patata selvatica che cresce in Sud America. Le difese della pianta della patata hanno combattuto le spore, rendendole innocue. L'impianto, dice semplicemente Mullins, ha funzionato bene.

È il secondo anno di quelli che dovrebbero essere tre anni di prove sul campo. Ma anche se i risultati del prossimo anno sono altrettanto incoraggianti, Teagasc non ha intenzione di concedere agli agricoltori l'accesso all'impianto, che è stato sviluppato dai ricercatori dell'Università di Wageningen nei Paesi Bassi. Tali colture geneticamente modificate rimangono controverse in Europa e solo due sono approvate per la semina nell'UE. Sebbene Mullins e i suoi colleghi siano ansiosi di scoprire come la peronospora influisca sulle patate geneticamente modificate e se le piante influenzeranno i microbi del suolo, la distribuzione della pianta modificata in Irlanda è, almeno per ora, un fallimento.

Tuttavia, i campi di Carlow presentano un quadro allettante di come le colture geneticamente modificate potrebbero aiutare a proteggere l'approvvigionamento alimentare mondiale. Le patate resistenti alla peronospora sarebbero uno dei primi principali alimenti geneticamente modificati per incorporare difese contro le malattie delle piante, che ogni anno distruggono circa il 15% del raccolto agricolo mondiale. Nonostante l'uso massiccio di fungicidi, la peronospora e altre malattie delle piante rovinano circa un quinto delle patate del mondo, un alimento sempre più coltivato in Cina e India. La ruggine dello stelo, una malattia fungina del grano, si è diffusa in gran parte dell'Africa e della penisola arabica e ora minaccia le vaste regioni in crescita dell'Asia centrale e meridionale, che producono circa il 20% del grano mondiale. Le banane, che sono una fonte primaria di cibo in paesi come l'Uganda, vengono spesso distrutte dalla malattia dell'avvizzimento. In tutti questi casi, l'ingegneria genetica ha il potenziale per creare varietà che sono molto più in grado di resistere all'assalto.

Le patate geneticamente modificate potrebbero anche portare a una nuova generazione di alimenti biotecnologici venduti direttamente ai consumatori. Sebbene mais, soia e cotone transgenici, per lo più progettati per resistere a insetti ed erbicidi, siano stati ampiamente piantati dalla fine degli anni '90 negli Stati Uniti e in un'infarinatura di altri grandi paesi agricoli, tra cui Brasile e Canada, i raccolti di mais e soia vanno principalmente in mangimi per animali, biocarburanti e oli da cucina. Nessuna varietà geneticamente modificata di riso, grano o patate è ampiamente coltivata, perché l'opposizione a tali alimenti ha scoraggiato gli investimenti per svilupparli e perché le aziende sementiere non hanno trovato il modo di guadagnare da quelle colture il tipo di denaro che fanno con le colture geneticamente modificate. mais e soia.

Siccità, tempeste dannose e giornate molto calde stanno già mettendo a dura prova i raccolti.

Con la popolazione globale che dovrebbe raggiungere più di nove miliardi entro il 2050, tuttavia, il mondo potrebbe presto essere affamato di tali varietà. Sebbene la produttività agricola sia migliorata notevolmente negli ultimi 50 anni, gli economisti temono che questi miglioramenti abbiano iniziato a scemare in un momento in cui si prevede che la domanda alimentare, guidata dal maggior numero di persone e dai crescenti appetiti delle popolazioni più ricche, aumenterà tra il 70 e il 100% entro la metà del secolo. In particolare, i rapidi aumenti dei raccolti di riso e grano che hanno contribuito a nutrire il mondo per decenni stanno mostrando segni di rallentamento e la produzione di cereali dovrà più che raddoppiare entro il 2050 per tenere il passo. Se la tendenza continua, la produzione potrebbe essere insufficiente per soddisfare la domanda a meno che non si inizi a utilizzare una quantità significativamente maggiore di terra, fertilizzanti e acqua.

È probabile che il cambiamento climatico peggiori di gran lunga il problema, portando temperature più elevate e, in molte regioni, condizioni più umide che diffondono infestazioni di malattie e insetti in nuove aree. Siccità, tempeste dannose e giornate molto calde stanno già mettendo a dura prova i raccolti e si prevede che la frequenza di questi eventi aumenterà drasticamente con il riscaldamento del clima. Per gli agricoltori, gli effetti del cambiamento climatico possono essere semplicemente spiegati: il tempo è diventato molto più imprevedibile e il clima estremo è diventato molto più comune.

Gli altopiani centrali del Messico, ad esempio, hanno vissuto gli anni più secchi e piovosi mai registrati nel 2011 e nel 2012, afferma Matthew Reynolds, fisiologo del grano presso l'International Maize and Wheat Improvement Center di El Batán. Tale variazione è preoccupante e molto negativa per l'agricoltura, dice. È estremamente difficile allevare per questo. Se hai un clima relativamente stabile, puoi allevare colture con caratteristiche genetiche che seguono un certo profilo di temperature e precipitazioni. Non appena entri in uno stato di flusso, è molto più difficile sapere quali tratti prendere di mira.

Un vantaggio dell'utilizzo dell'ingegneria genetica per aiutare le colture ad adattarsi a questi improvvisi cambiamenti è che è possibile creare rapidamente nuove varietà. La creazione di una varietà di patate attraverso l'allevamento convenzionale, ad esempio, richiede almeno 15 anni; produrne uno geneticamente modificato richiede meno di sei mesi. La modificazione genetica consente inoltre ai coltivatori di piante di apportare modifiche più precise e di attingere a una varietà molto maggiore di geni, raccolti dai parenti selvatici delle piante o da diversi tipi di organismi. Gli scienziati delle piante stanno attenti a notare che nessun gene magico può essere inserito in un raccolto per renderlo tollerante alla siccità o per aumentarne la resa: anche la resistenza a una malattia richiede in genere più cambiamenti genetici. Ma molti di loro dicono che l'ingegneria genetica è una tecnica versatile ed essenziale.

È una cosa estremamente logica da fare, afferma Jonathan Jones, uno scienziato del Sainsbury Laboratory nel Regno Unito e uno dei maggiori esperti mondiali di malattie delle piante. Le imminenti pressioni sulla produzione agricola, dice, [sono] reali e colpiranno milioni di persone nei paesi poveri. Aggiunge che sarebbe perverso disprezzare l'uso della modificazione genetica come strumento.

È un punto di vista ampiamente condiviso dai responsabili dello sviluppo delle varietà di colture di domani. Al livello attuale della produzione agricola, c'è abbastanza cibo per sfamare il mondo, afferma Eduardo Blumwald, uno scienziato delle piante presso l'Università della California, Davis. Ma quando la popolazione raggiunge i nove miliardi? lui dice. Niente da fare, José.

Promesse fallite

La promessa che le colture geneticamente modificate potrebbero aiutare a nutrire il mondo è vecchia almeno quanto la commercializzazione dei primi semi transgenici a metà degli anni '90. Le società che hanno contribuito a trasformare le colture geneticamente modificate in un business multimiliardario, comprese le grandi aziende chimiche Monsanto, Bayer e DuPont, hanno promosso la tecnologia come parte di una rivoluzione delle scienze della vita che aumenterebbe notevolmente la produzione alimentare. Finora si è rivelata, per una serie di motivi, una promessa un po' vuota.

A dire il vero, le colture bioingegnerizzate sono un enorme successo commerciale in alcuni paesi. L'idea è semplice ma convincente: inserendo un gene estraneo derivato, ad esempio, da batteri nel mais, puoi dare alla pianta un tratto che altrimenti non avrebbe. I sondaggi stimano che in tutto il mondo vengano coltivati ​​più di 170 milioni di ettari di tali colture transgeniche. Negli Stati Uniti, la maggior parte del mais, della soia e del cotone piantati è stata ingegnerizzata con un gene del batterio del suolo Bacillus thuringensis —Bt—per allontanare gli insetti o con un altro gene batterico per resistere agli erbicidi. In tutto il mondo, l'81 percento dei semi di soia e il 35 percento del mais coltivati ​​sono varietà biotecnologiche. In India, il cotone Bt è stato approvato più di dieci anni fa e ora rappresenta il 96% del cotone coltivato nel paese.

Eppure non è chiaro se quel boom di colture transgeniche abbia portato a un aumento della produzione alimentare o a prezzi più bassi per i consumatori. Prendi il mais, per esempio. Negli Stati Uniti, il 76% del raccolto è geneticamente modificato per resistere agli insetti e l'85% può tollerare di essere spruzzato con un diserbante. Tale mais è stato, probabilmente, un vantaggio per gli agricoltori, riducendo l'uso di pesticidi e aumentando i raccolti. Ma poco della produzione di mais degli Stati Uniti viene utilizzata direttamente per l'alimentazione umana; circa il 4% va nello sciroppo di mais ad alto contenuto di fruttosio e l'1,8% nei cereali e altri alimenti. Mais e soia geneticamente modificati sono così redditizi che gli agricoltori statunitensi hanno iniziato a sostituirli con il grano: nel 2012 sono stati piantati circa 56 milioni di acri di grano, rispetto ai 62 milioni del 2000. Quando l'offerta è diminuita, il prezzo di un staio di grano è salito a quasi $ 8 nel 2012, da $ 2,50 nel 2000.

Finora, il breve elenco di colture transgeniche utilizzate direttamente per il cibo include papaya resistente ai virus coltivata alle Hawaii, mais dolce Bt recentemente commercializzato negli Stati Uniti dalla Monsanto e alcune varietà di zucca che resistono ai virus delle piante. Quella lista potrebbe essere in procinto di crescere, tuttavia. L'agenzia agricola indonesiana prevede di approvare presto una patata resistente alla peronospora e JR Simplot, un fornitore agricolo con sede a Boise, nell'Idaho, spera di commercializzare la propria versione entro il 2017. Monsanto, che ha abbandonato il tentativo di sviluppare grano GM nel 2004, ha acquistato una società di semi di grano nel 2009 e ora sta provando di nuovo. E i ricercatori della Cornell stanno lavorando con collaboratori in India, Bangladesh e Filippine, paesi in cui la melanzana è un alimento base, per rendere disponibile agli agricoltori una forma resistente agli insetti della verdura.

Solo una manciata di grandi aziende può permettersi il rischio e le spese della commercializzazione degli OGM.

Queste versioni bioingegnerizzate di alcune delle colture alimentari più importanti del mondo potrebbero aiutare a soddisfare le speranze iniziali per gli organismi geneticamente modificati, o OGM. Ma quasi sicuramente scalderanno anche il dibattito sulla tecnologia. Gli oppositori temono che l'inserimento di geni estranei nelle colture possa rendere il cibo pericoloso o allergenico, anche se più di 15 anni di esperienza con le colture transgeniche non hanno rivelato pericoli per la salute, e nemmeno una serie di studi scientifici. In modo più credibile, i detrattori suggeriscono che la tecnologia sia uno stratagemma di gigantesche multinazionali, in particolare Monsanto, per spacciare più erbicidi, dominare la catena di approvvigionamento agricola e lasciare gli agricoltori dipendenti da semi transgenici ad alto prezzo. La critica più convincente, tuttavia, potrebbe essere semplicemente che le colture transgeniche esistenti hanno fatto ben poco per garantire il futuro dell'approvvigionamento alimentare mondiale di fronte ai cambiamenti climatici e alla crescita della popolazione.

La prima generazione di colture resistenti agli insetti e agli erbicidi offre pochi nuovi tratti, come la tolleranza alla siccità e la resistenza alle malattie, che potrebbero aiutare le piante ad adattarsi ai cambiamenti del clima e dei modelli di malattia, riconosce Margaret Smith, professoressa di selezione vegetale e genetica alla Cornell University. Tuttavia, afferma che non vi è alcun motivo valido per respingere la tecnologia mentre gli scienziati delle piante corrono per aumentare la produttività delle colture. Gli scienziati stanno affrontando una sfida scoraggiante di allevamento, dice Smith. Avremo bisogno di una seconda generazione di colture transgeniche. Sarebbe un errore escludere questo strumento perché i primi prodotti non affrontavano i grandi problemi.

Non sarà facile sviluppare colture in grado di resistere meglio ai cambiamenti climatici. Richiederà agli scienziati delle piante di progettare tratti complessi che coinvolgono più geni. La resistenza duratura alle malattie richiede in genere una serie di cambiamenti genetici e una conoscenza dettagliata di come i patogeni attaccano la pianta. Tratti come la tolleranza alla siccità e al caldo sono ancora più difficili, poiché possono richiedere modifiche di base alla fisiologia della pianta.

L'ingegneria genetica è all'altezza del compito? Nessuno sa. Ma le recenti scoperte genomiche sono incoraggianti. Gli scienziati hanno sequenziato i genomi di colture come riso, patate, banane e grano. Allo stesso tempo, i progressi nella biologia molecolare consentono di eliminare, modificare e inserire i geni con una precisione molto maggiore. In particolare, i nuovi strumenti di ingegneria genomica noti come Talens e Crispr consentono ai genetisti di modificare il DNA delle piante, cambiando i cromosomi esattamente dove vogliono.

Modifiche esatte

L'officina adiacente alle file di serre ai margini del campus di Cornell a Ithaca, New York, odora di muffa e umidità dalle casse di patate. È a meno di un miglio dai laboratori di biologia molecolare dell'università, ma quello che vedi sono nastri trasportatori in legno, reti metalliche e tubi dell'acqua. Walter De Jong sta selezionando e calibrando le patate raccolte come parte di uno sforzo pluriennale per trovare una varietà ancora migliore per i coltivatori della regione. Le scatole sono piene di patate, alcune piccole e rotonde, altre grandi e deformi. Alla domanda su quali tratti siano importanti per i consumatori, sorride sornione e dice: Guarda, guarda, guarda.

La domanda su come si sente riguardo agli sforzi per sviluppare patate transgeniche non ha una risposta così semplice. Non è che De Jong sia contrario all'ingegneria genetica. Come allevatore di patate, è esperto nei metodi convenzionali per introdurre nuovi tratti, ma ha anche un dottorato di ricerca in patologia vegetale e ha svolto notevoli ricerche in biologia molecolare; conosce le opportunità che offre la genetica avanzata. Negli Stati Uniti nordorientali, una varietà di patate è ottimizzata per un raggio di circa 500 miglia, tenendo conto della lunghezza della stagione di crescita e del tipo di clima nell'area. Il cambiamento climatico significa che queste zone di coltivazione si stanno spostando, rendendo l'allevamento delle colture come risolvere un puzzle in cui i pezzi si muovono. La velocità offerta dalla modificazione genetica aiuterebbe. Ma, dice De Jong in modo sprezzante, non mi aspetto di usare la tecnologia [transgenica]. Non posso permettermelo.

La coltivazione di patate geneticamente modificate a Teagasc inizia con una piantagione geneticamente modificata coltivata in una coltura di tessuti (1); viene trasferito in serra (2) ed eventualmente in prove in campo (3). I tuberi raccolti appaiono sani e privi di peronospora (4).

È una situazione curiosa, dice. Scienziati presso istituti di ricerca pubblici e accademici hanno svolto gran parte del lavoro per identificare i geni e capire come possono influenzare i tratti nelle piante. Ma i lunghi processi di test e regolamentazione per le colture geneticamente modificate, e il pericolo che i consumatori le rifiutino, significano che solo una manciata di grandi aziende può permettersi la spesa e il rischio di svilupparle, dice.

Ma De Jong si anima improvvisamente quando gli viene chiesto dei nuovissimi strumenti di ingegneria del genoma. Questo è quello che ho aspettato per tutta la mia carriera, dice, alzando le mani. Da quando sono stato uno scienziato della patata, ho voluto due cose: un genoma della patata sequenziato e la capacità di modificare il genoma a piacimento. In tutto il campus, De Jong gestisce anche un laboratorio di biologia molecolare, dove ha identificato la sequenza di DNA responsabile del pigmento rosso nei tuberi di patata. Presto, potrebbe essere possibile alterare con precisione quella sequenza in una cellula di patata che può poi essere coltivata in una pianta: se avessi una patata bianca che volessi diventare rossa, potrei semplicemente modificare uno o due nucleotidi e ottenere il colore che voglio . La selezione delle piante non è l'arte di mischiare i geni, spiega De Jong. Fondamentalmente, tutte le patate hanno gli stessi geni; quello che hanno sono diverse versioni dei geni: gli alleli. E gli alleli differiscono l'uno dall'altro in pochi nucleotidi. Se posso modificare i pochi nucleotidi, perché allevare per [un tratto]? È stato il Santo Graal nella genetica vegetale per molto tempo.

Un problema con le tecniche convenzionali di ingegneria genetica è che aggiungono geni in modo imprevedibile. Il gene desiderato viene inserito nella cellula bersaglio in una capsula di Petri utilizzando un batterio vegetale o una pistola genetica che spara fisicamente una minuscola particella ricoperta di DNA. Una volta che le molecole sono nella cellula, il nuovo gene viene inserito casualmente nel cromosoma. (La cellula trasformata viene coltivata in una coltura tissutale per diventare una piantina e infine una pianta.) È impossibile controllare solo dove viene aggiunto il gene; a volte finisce in un punto in cui può essere espresso in modo efficace, a volte no. E se potessi mirare con precisione ai punti sul cromosoma della pianta e aggiungere nuovi geni esattamente dove vuoi, eliminare quelli esistenti o modificare i geni cambiando alcuni nucleotidi specifici? I nuovi strumenti consentono agli scienziati di fare proprio questo.

Talens, uno dei più promettenti di questi strumenti di ingegneria genomica, è stato ispirato da un meccanismo utilizzato da un batterio che infetta le piante. I patologi vegetali hanno identificato le proteine ​​che consentono al batterio di individuare il DNA della pianta bersaglio e hanno trovato modi per ingegnerizzare queste proteine ​​per riconoscere qualsiasi sequenza desiderata; poi hanno fuso queste proteine ​​con nucleasi che tagliano il DNA, creando uno strumento di editing preciso. Un batterio vegetale o una pistola genetica viene utilizzato per introdurre lo strumento nella cellula vegetale; una volta all'interno, le proteine ​​si azzerano su una specifica sequenza di DNA. Le proteine ​​trasportano le nucleasi in un punto esatto del cromosoma, dove scindono il DNA della pianta. La riparazione del cromosoma rotto consente l'inserimento di nuovi geni o altri tipi di modifiche. Crispr, una versione ancora più recente della tecnologia, utilizza l'RNA per concentrarsi sui geni mirati. Sia con Talens che Crispr, i biologi molecolari possono modificare anche pochi nucleotidi o inserire ed eliminare un gene esattamente dove vogliono sul cromosoma, rendendo il cambiamento molto più prevedibile ed efficace.

Un'implicazione dei nuovi strumenti è che le piante possono essere modificate geneticamente senza l'aggiunta di geni estranei. Sebbene sia troppo presto per dire se ciò cambierà il dibattito pubblico sugli OGM, le agenzie di regolamentazione, almeno negli Stati Uniti, indicano che le colture modificate senza geni estranei non dovranno essere esaminate a fondo come le colture transgeniche. Ciò potrebbe ridurre notevolmente il tempo e le spese necessarie per commercializzare nuove varietà di alimenti geneticamente modificati. Ed è possibile che i critici della biotecnologia possano fare una distinzione simile, tollerando le colture geneticamente modificate purché non siano transgeniche.

Dan Voytas, direttore del centro di ingegneria genomica dell'Università del Minnesota e uno degli inventori di Talens, afferma che una delle sue principali motivazioni è la necessità di nutrire altri due miliardi di persone entro la metà del secolo. In uno dei suoi sforzi più ambiziosi, incentrato presso l'International Rice Research Institute di Los Baños, nelle Filippine, sta collaborando con una rete mondiale di ricercatori per riscrivere la fisiologia del riso. Riso e grano, come altri cereali, hanno quella che i botanici chiamano fotosintesi C3, piuttosto che la versione C4 più complessa che hanno il mais e la canna da zucchero. La versione C4 della fotosintesi utilizza acqua e anidride carbonica in modo molto più efficiente. Se il progetto avrà successo, sia il riso che il grano potrebbero essere aumentati nelle regioni che stanno diventando più calde e secche a causa del cambiamento climatico.

Riscrivere il funzionamento di base di un impianto non è un compito banale. Ma Voytas afferma che Talens potrebbe essere uno strumento prezioso, sia per identificare i percorsi genetici che potrebbero essere modificati, sia per apportare i numerosi cambiamenti genetici necessari.

La pressione per aiutare a nutrire la popolazione in crescita in un momento in cui il cambiamento climatico sta rendendo più terra marginale per l'agricoltura è l'onere che i biologi vegetali sopportano, afferma Voytas. Ma è ottimista. In gran parte degli ultimi 50 anni, sottolinea, la produttività delle colture ha registrato ripetuti incrementi, riconducibili prima all'uso di semi ibridi, poi alle nuove varietà vegetali introdotte durante la cosiddetta Rivoluzione Verde, e persino alle prime piante geneticamente modificate. . L'introduzione dei nuovi strumenti di ingegneria del genoma, dice, sarà un altro punto di svolta.

Se ha ragione, potrebbe essere giusto in tempo.

Ondata di caldo

Per agronomi, coltivatori di piante e agricoltori, è tutta una questione di resa: la quantità che un raccolto produce in un ettaro. I notevoli aumenti dei raccolti a partire dalla metà del XX secolo sono la ragione principale per cui abbiamo abbastanza cibo per passare da sfamare tre miliardi di persone nel 1960 a sfamare sette miliardi nel 2011 con solo un leggero aumento della quantità di terra coltivata . Forse la cosa più famosa è che la Rivoluzione Verde guidata dal patologo e genetista originario dell'Iowa Norman Borlaug ha sostanzialmente aumentato le rese di grano, mais e riso in molte parti del mondo. Lo ha fatto, in parte, introducendo varietà di colture più produttive, a partire dal Messico e poi in Pakistan, India e altri paesi. Ma almeno nell'ultimo decennio, l'aumento delle rese di grano e riso sembra essere rallentato. I rendimenti del grano, ad esempio, crescono di circa l'1% all'anno; hanno bisogno di aumentare di quasi il 2% all'anno per stare al passo con la domanda alimentare a lungo termine. Gli esperti agricoli avvertono che i raccolti dovranno migliorare anche per altre colture se vogliamo nutrire una popolazione in rapida crescita, eppure l'aumento delle temperature e altri effetti del cambiamento climatico globale renderanno questo più difficile da raggiungere.

David Lobell, professore di scienze ambientali del sistema terrestre presso la Stanford University, ha un comportamento calmo che smentisce il suo triste messaggio su come il riscaldamento globale stia già influenzando i raccolti. Gli effetti del cambiamento climatico sull'agricoltura sono stati ampiamente dibattuti, ma recentemente Lobell e i suoi collaboratori hanno chiarito le proiezioni esaminando le registrazioni storiche del clima e della produzione agricola. Hanno scoperto che dal 1980 al 2008, il cambiamento climatico ha depresso i raccolti di grano e mais; i rendimenti sono ancora aumentati durante quel periodo, ma la produzione complessiva è stata del 2-3% inferiore a quella che sarebbe stata se non fosse stato per il riscaldamento globale. Ciò è vero nella maggior parte delle regioni in cui vengono coltivati ​​mais e frumento.

La scoperta è sorprendente perché suggerisce che il riscaldamento globale ha già avuto un impatto significativo sulla produzione alimentare e farà una differenza ancora maggiore con l'intensificarsi del cambiamento climatico. Tutto ciò che causa l'appiattimento della resa [crescita] è una preoccupazione, afferma Lobell. E mentre le rese complessive di grano e mais sono ancora in aumento, dice, il cambiamento climatico diventa una preoccupazione molto prima che si abbiano tendenze di resa negative.

Ancora più inquietante, Lobell e il suo collaboratore Wolfram Schlenker, economista della Columbia University, hanno trovato prove che nel caso di diverse colture importanti, l'effetto negativo del riscaldamento globale è legato più fortemente al numero di giorni estremamente caldi che all'aumento a temperature medie durante una stagione. Se questo è vero, la ricerca precedente potrebbe aver gravemente sottovalutato l'impatto del cambiamento climatico guardando solo alle temperature medie.

I calcoli di Schlenker mostrano aumenti costanti dei raccolti di mais e soia quando la temperatura sale da 10 °C a 20 anni, ma a circa 29 °C per il mais e 30 °C per la soia, i raccolti vengono colpiti duramente e i raccolti diminuiscono drasticamente. Nel lavoro successivo, Lobell dimostrò che le giornate calde stavano facendo molto più danno al grano nel nord dell'India di quanto si pensasse in precedenza.

I raccolti agricoli dovranno migliorare se vogliamo sfamare una popolazione in rapida crescita.

Un dettaglio sorprendente e preoccupante della ricerca, afferma Schlenker, è che le colture e gli agricoltori non sembrano essersi adattati alla maggiore frequenza delle giornate calde. Quello che mi ha sorpreso di più e che dovrebbe informarci andando avanti, dice, è che ci sono stati enormi progressi nell'allevamento agricolo - le rese medie sono aumentate di più di tre volte dagli anni '50 - ma se si guarda alla sensibilità al caldo estremo, sembra essere proprio come lo era negli anni '50. Abbiamo bisogno di coltivazioni più adatte ai climi caldi. Durante l'ondata di caldo che ha colpito gran parte degli Stati Uniti nel 2012, dice, i raccolti di mais sono diminuiti del 20% e il 2012 non è un anno così insolito rispetto a quello che i modelli climatici prevedono che presto sarà una nuova normalità.

È possibile che le piante siano semplicemente cablate per spegnersi a temperature superiori a 30 °C. In effetti, Schlenker afferma di non essere convinto che le colture possano essere progettate per adattarsi alla maggiore frequenza delle giornate calde, anche se spera di sbagliarsi. Allo stesso modo, Lobell vuole che il suo lavoro definisca meglio quali aspetti del cambiamento climatico stanno danneggiando le colture e quindi aiuti a indirizzare i cambiamenti genetici necessari. Ma, come Schlenker, non è sicuro che la genetica possa fornire molte risposte.

Nella Central Valley della California, una delle aree agricole più produttive del mondo, Blumwald di UC Davis riconosce che gli scienziati non sono mai stati allevati per stress come la siccità e il caldo. Ma mira a cambiarlo. Inserendo una combinazione di geni per la tolleranza al calore, alla siccità e all'elevata salinità del suolo nel riso e in altre piante, Blumwald sta creando colture che hanno almeno alcuni vantaggi in condizioni climatiche estreme, in particolare durante i periodi chiave del loro ciclo di crescita.

La sfida consiste nell'evitare di ridurre i raccolti in buone condizioni di crescita. Così Blumwald ha individuato una proteina che attiva i geni inseriti solo in condizioni avverse. Non esiste una cura per la siccità. Se non c'è acqua, la pianta muore. Non sono un mago, dice. Vogliamo solo ritardare la risposta allo stress il più a lungo possibile per mantenere i raccolti fino all'arrivo dell'acqua.

Pane quotidiano

Un campo appena a nord di Londra sul terreno della Rothamsted Research, che si autodefinisce la stazione di ricerca agricola più longeva al mondo (fondata nel 1843), è uno dei punti focali della continua battaglia europea sugli alimenti geneticamente modificati. La controversia qui riguarda un campo di grano di 80 metri per 80, alcuni dei quali geneticamente modificati per produrre un ormone che respinge gli afidi, un comune insetto parassita. Nel 2012, un manifestante ha scavalcato una recinzione bassa e ha sparso semi di grano convenzionale tra le piante geneticamente modificate nel tentativo di sabotare il processo. Gli scienziati di Rothamsted hanno fatto aspirare i semi, hanno assunto diverse guardie di sicurezza extra e hanno costruito una seconda recinzione, questa alta tre metri e sormontata da una sporgenza curva per evitare che venga ridimensionata. Più tardi, alcune centinaia di manifestanti hanno marciato a braccetto fino al confine del campo recintato prima di essere fermati dalla polizia.

Il clamore a Rothamsted è solo un indizio che la prossima grande controversia sugli OGM potrebbe coinvolgere il grano transgenico. Dopotutto, il grano è la coltura più coltivata al mondo, rappresentando il 21% delle calorie consumate a livello globale. Intromettersi in un grano che fa il pane quotidiano per innumerevoli milioni di persone in tutto il mondo sarebbe particolarmente offensivo per molti oppositori degli alimenti geneticamente modificati. Inoltre, il grano è un cereale venduto nei mercati mondiali, quindi l'approvazione del grano GM in un paese esportatore leader avrebbe probabilmente ripercussioni sui mercati alimentari di tutto il mondo.

Il grano è anche emblematico delle lotte che l'agricoltura deve affrontare nel tentativo di tenere il passo con una popolazione in crescita e un clima che cambia. Non solo i guadagni di resa hanno iniziato a rallentare, ma il grano è particolarmente sensibile all'aumento delle temperature ed è coltivato in molte regioni, come l'Australia, che sono soggette a gravi siccità. Inoltre, il grano è vulnerabile a una delle malattie delle piante più temute al mondo: la ruggine dello stelo, che minaccia la fertile fascia del Pakistan e dell'India settentrionale conosciuta come pianura indo-gangetica. Le tecniche di allevamento convenzionali hanno compiuto notevoli progressi contro questi problemi, producendo varietà sempre più resistenti alla siccità e alle malattie. Ma la biotecnologia offre vantaggi che non dovrebbero essere ignorati.

Il cambiamento climatico non cambia [la sfida per i coltivatori di piante], ma la rende molto più urgente, afferma Walter Falcon, vicedirettore del Center on Food Security and the Environment a Stanford. Falcon era uno dei fanti della Rivoluzione Verde, che lavorava nelle regioni di coltivazione del grano del Pakistan e nella Yaqui Valley in Messico. Ma afferma che i notevoli aumenti di produttività raggiunti tra il 1970 e il 1995 si sono ampiamente verificati e si preoccupa che l'agricoltura ad alta intensità tecnologica in quelle regioni possa essere sostenuta. Dice che la Yaqui Valley rimane altamente produttiva - i recenti raccolti di sette tonnellate di grano per ettaro ti lasciano senza parole - ma l'uso massiccio di fertilizzanti e acqua sta spingendo i limiti delle pratiche attuali. Allo stesso modo, Falcon si dice preoccupato per come il cambiamento climatico influenzerà l'agricoltura nella pianura indo-gangetica, la casa di quasi un miliardo di persone.

Alla domanda se la tecnologia transgenica risolverà uno di questi problemi, risponde, non sto trattenendo il respiro, citando sia ragioni scientifiche che l'opposizione alle colture GM. Ma si aspetta progressi nelle tecnologie genetiche nel prossimo decennio per creare varietà di grano più attrezzate per resistere ai parassiti, alle temperature più elevate e alla siccità.

È del tutto possibile che il primo e più drammatico dei progressi riguarderà l'adattamento delle colture ai modelli mutevoli delle malattie. E come dice Ewen Mullins di Teagasc, se vuoi studiare le malattie delle piante, vieni in Irlanda.

A cento chilometri dagli idilliaci campi di Carlow, Fiona Doohan, fitopatologa dell'University College di Dublino, sta sviluppando varietà di grano che resistono alle malattie locali e sta cercando di capire come potrebbero evolversi i patogeni delle piante con il cambiamento climatico. Nella stazione degli esperimenti agricoli della scuola, utilizza camere di coltivazione in cui la concentrazione di anidride carbonica può essere regolata per imitare i livelli più elevati previsti nel 2050. Gli esperimenti hanno prodotto una brutta sorpresa. Quando il grano e gli agenti patogeni che comunemente lo affliggono vengono immessi nella camera con i livelli aumentati di anidride carbonica, la pianta rimane resistente al fungo. Ma quando entrambe vengono coltivate separatamente per diverse generazioni in condizioni del 2050 e poi messe insieme, dice Doohan, le piante si schiantano. Ciò suggerisce, minacciosamente, che i patogeni delle piante potrebbero essere molto migliori e più veloci del grano nell'adattarsi all'aumento dell'anidride carbonica.

Accanto all'edificio c'è un meleto con rappresentanti di alberi coltivati ​​in tutta l'Irlanda, comprese varietà antiche che sono state piantate da secoli. Doohan li guarda con affetto mentre passa, il terreno coperto da mele cadute. In fondo al frutteto c'è una fila di serre, inclusa una piccola in cui vengono testate le piante geneticamente modificate. All'interno c'è un frumento transgenico particolarmente promettente che si sta dimostrando resistente ai tipi di ticchiolatura comuni in Irlanda. Il nuovo gene sta anche aumentando la produzione di grano della pianta, dice Doohan, che ha creato la varietà con i suoi colleghi. È chiaramente entusiasta dei risultati. Ma, aggiunge rapidamente, non ci sono piani per testare il grano GM sul campo in Irlanda, o in qualsiasi altra parte d'Europa. Almeno per ora, la promettente varietà di grano è destinata a rimanere in serra.

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