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毕业即失业-“黄金水稻”的奋斗与悲哀

2012年09月02日07:06科学松鼠会田不野我要评论(0)
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如今高新技术“就业”也紧张了,譬如“转基因”,也许没有别的高新技术跟它一样,在受到众多科学家推动的同时,又被无数的人所诟病了,从而导致了它的就业困难。“黄金水稻”,是“转基因作物学院”的第二期毕业生,在经过二十多年实验室的培育之后,练就一身普通水稻所不可能拥有的神奇能力之后,于2005年从植物分子育种实验室“毕业”,却至今无法“就业”。在众多科学家和社会人士的帮助之下,即使最乐观的估计,也必须等到2011年,他或许才能在亚洲的某个田间,找到自己合适的位置。

“黄金水稻”作为“转基因作物学院”毕业的“超级植物”,它拥有的特殊能力是“胡萝卜素超合成,米粒内超富集”。胡萝卜素是合成维生素A的材料,人体可以通过吸收胡萝卜素来合成维生素A,从而防止夜盲症、麻疹等疾病。世界卫生组织(WHO)估计每年有大概25万到50万的儿童因为维生素A缺 乏而失明,其中的一部分还会失去生命。他们中的绝大部分生活在发展中国家。胡萝卜,西红柿等蔬菜,以及肉,黄油和牛奶是富含维他命或者其合成材料的食物, 这些富含维生素食物可以经常在城市里寻常人家的日常餐桌上见到,但是现在不发达国家和我国农村和偏远地区的餐桌依然不可能摆上这些营养丰富的食物,2000年的国内调查表明,零到五岁的儿童体内维生素A缺乏率仍高达11%,他们大部集中在农村和偏远地区,即使在发达国家,也有像蜡笔小新一样因为不喜欢吃胡萝卜的孩子,他们很可能也缺乏维生素A。科学家们把拯救这些可怜孩子的希望,寄托在了“黄金水稻”的身上。在三年前,这个希望变成了现实。

有图有真相,很好很强大。下面展示在大家面前的是“黄金水稻”的毕业帅照。白色的是未经过分子培育的普通水稻,淡黄色的是“黄金水稻”一代,金黄色的是“黄金水稻”二 代。不得不说,它原本的确是水稻,但是长得越来越像胡萝卜丁了,尽管菲律宾国际水稻所的Aldermita博士说,“味道尝起来还是香香的大米”。Aldermita博士现在好像“黄金水稻”的老妈一样,管着惦记着这孩子在菲律宾的再培育和就业工作。

德国老头Potrykus可算是“黄金水稻”的老爹,今年七十五。八年前,他的头像在闪亮的绿色稻秆的衬托下,以英雄的姿态登上了美国《时代》杂志的封面上,旁注写道“This Rice Could Save A Million Kids A Year (这种水稻每年能拯救上百万的儿童)”。第一代“黄金水稻”正是毕业于他在苏黎世理工学院的实验室。这段渊源需要从1984年说起,在菲律宾的一次国际农业会议上,Gary Toenniessen,洛克菲勒基因会的农业主管,管着巨多钱的主儿,问在座的农业育种专家,“你们这些捣鼓基因,别光顾着吹,给我变出个牛B的水稻,能搞出来吗?”,“好说,让它变黄就好了”有人回答到。对,就是让它变黄,变成跟胡萝卜一样的颜色,科学家的一句调侃,在二十年后变成了现实,当然,这并不容易。在普通大米里面,维生素A或者胡萝卜素的含量为零,通过自然杂交的途径无法让大米富含维生素。因为杂交需要一个母本里面拥有我们需要的性状,然而,直到现在农业学家们都没有找到任何一种含有维生素A或者胡萝卜素的水稻可以做为育种母本。这就好比这个世界上只有黑人和白人,不管他们怎么混血,都不会出现黄种人;同样的道理,虽然我们现在也拥有紫米和白米,但是“黄金水稻”不是他们杂交能够得到。接下来,Gary Toenniessen把大笔的资金投入到了“黄金水稻”的开拓型研究当中,但是,经过了将近十年的研究,“黄金水稻”看起来还只是研究者们为获取经费为慈善家们画的一个充饥大饼。

这时,Potrykus和Beyer出 现了,他们一个是育种学家,一个分子生物学家。这两哥们在一个很高很飘渺的地方遇见,联手琢磨出一个很高很飘渺的主意。那是在飞往纽约的飞机上,他们异想 天开地认为,或许可以把整个胡萝卜素生产线从别的物种中引入到水稻。这个想法在当时显得是如此“疯狂”,以至于不管是他们本人,还是提供经费的基金会,都 觉得并不太可能,但有值得一试。让我们把植物想象成一个“工厂”,这个“工厂”从土壤,空气和阳光中获取生产原料和能源,生产出各种蛋白质,糖,脂肪和维生素等对自身和人类有用的产品。我们从植物工厂的“仓库”去提货喂饱自己的肠胃。对于水稻,这个“仓库”就是它的种子。现在我们希望可以从这个“仓库”里面提到胡萝卜素,但是水稻的仓库管理人告诉我们,“对不起,我们没有胡萝卜素生产线,所以仓库里面并没有胡萝卜素可以提供”。那怎么办?这两个人类老头,Potrykus和Beyer,建议说,那我们从别的地方给你们引进一条生产线吧。显然植物不会轻易同意这对人类来说“异想天开”,对植物来说“丧权辱国”的想法。每种植物,都执行着严格的“闭关锁国”政策,不是自己的东西,一概不能进口。那些对植物有“野心”的科学家,只能都是偷偷地借助病毒(你可以理解成间谍)或者明目张胆用暴力手段 (可以理解成武力施压),“迫使”植物引入一个其他物种的基因。即使这样,成功率也低得让人沮丧,更别说是引入一系列基因了。让我们来看一看这条“生产线”会是什么样子的:

虚线代表的就是胡萝卜素在植物体内的合成路线。这条生产线需要六个“技术工人”,他们都有一个又臭又长的洋名字,按照在生产线上的先后顺序,依次叫做:IPP/DMAPP异构酶,GGPP合成酶,八氢番茄红素合成酶,八氢番茄红素脱氢酶,截塔胡萝卜素脱氢酶和番茄红素阿尔法贝塔环化酶。水稻自身“雇佣”了前两个“技术工人”;剩下的四个,就是科学家们想“偷渡”进去的。其中的两个-八氢番茄红素脱氢酶和截塔胡萝卜素脱氢酶,可以被一个“全能技术工人”细菌胡萝卜素脱氢酶所代替。因为“偷渡”的人数越少,成功的可能越大,科学家不得不选择了这个来自细菌的“全能技术工人”。介绍一下这些选拔出来的“特种技术人员”。八氢番茄红素合成酶和番茄红素阿尔法贝塔环化酶,来自黄水仙的花朵,有调控花朵颜色的作用;细菌胡萝卜脱氢酶,来自土壤细菌欧文氏菌,主要能力是转换八氢番茄红素为番茄红素。即使科学家早就弄清楚了这条生产线的组成情况,但是从1992年提出引进生产线的想法到2000年完全引入成功,足足花了八年的时间,才把水稻中的胡萝卜素的含量从零提升到了一点多毫克每千克。“黄金水稻”一代从此诞生了。

在科研人员在沉闷的实验室里培育新的水稻品种的时候,有另外一群人,也在不辞辛劳的活动,他们和遗传育种学家几乎是一对天生的冤家。他们的目的,是反对转基因作物,其中呐喊声最响亮的叫“绿色和平”。在“绿色和平”看来,解决贫苦地区的营养不良问题是个好事情,但是使用“转基因作物”并不是一个好办法,毕竟导致营养不良的根本原因是贫困和食品匮乏。而打着造福发展中国家旗号的“黄金水稻”,也许只是国际种子公司的一个“曲线救国”策略,以便为将来大规模使用其他转基因作物铺好道路。而且,利用“黄金水稻”来解决人们维生素A缺乏更像是一个笑话。因为按照“黄金水稻”一代中的胡萝卜素的含量,一个婴儿,一天要吃三公斤大米才能满足其对维生素A的需求!世界上大概还没有这样的“小大胃王”。在“绿色和平”的欧洲大本营,Potrykus和Beyer对水稻研究,更是受到这些激进的环保组织的严重警告,以至于苏黎世理工学院不得不建立了一个“武装保护”的培养温室,来保护Potrykus的植物们。

“黄金水稻”一代的胡萝卜素含量的确太低了,以至于让人很怀疑它将来在农业生产上的作为。不过,Potrykus认为,一代只是一个概念上的产品,就像莱特兄弟利用简陋的器械第一次飞上蓝天一样,它代表的人类的希望。而从苏黎世理工学院毕业的“黄金水稻”一代并没有打算直接开始工作,它被Syngenta农业公司看中,重新进行“职业深造”(科学家似乎都厌恶介入商业公司的介入,这一点上Potrykus也表示类似的看法,但又无可奈何)。“黄金水稻”的新经纪人叫Drake,她召集了一帮科研人员对整个生产线进行了重新评价,发现来自于黄水仙的八氢番茄红素合成酶工作不努力,是造成胡萝卜素生产不足的“瓶颈”。于是,它要被“开除了”。Drake开始了新一轮的“人员选拔”,来自于玉米的八氢番茄红素合成酶表现最为出色,成功获得这个职位。又经过五年的培育,拥有重新打造的“胡萝卜素生产线”的“黄金水稻”二代闪亮登场了,和五年前的一代相比,它的胡萝卜素的含量提升了23倍,最高达到每千克大米含三十七毫克胡萝卜素。这是一个完全有使用价值的突破,小孩子吃70多克就能满足每天一半的维生素A需要量了。

现在,“黄金水稻”二代打算“毕业找工作”了。他第一个遇到的难题并不是来自它的反对者“绿色和平”,而是其他的农业公司拥有的相关专利。“黄金水稻”二代总共涉及到了十二项专利技术,只要有一些没解决,它就拿不到“就业许可”。为了解决这个问题,科学家,农业公司和慈善基金会联合成立了“黄金水稻”人道主义委员会(Golden Rice Humanitarian Board),负责培育“黄金水稻”二代的Syngenta公司捐献出了“黄金水稻”二代的发明权,在Syngenta公司Dubock的斡旋下,所有“黄金水稻”涉及的专利的所有者都宣布了放弃其专利权,“黄金水稻”将无偿地提供发展中国家农民使用。“黄金水稻”的人道使用条例包括了以下内容:

一、Use in developing countries (low-income, food-deficit countries as defined by FAO)(在发展中国家使用,发展中国家是指由联合国粮农组织所指定的低收入,粮食不足的国家,中国在此列中)。

二、Resource-poor farmer use (earning less than US$10,000 per year from farming) (供贫下中农使用,贫下中农是指年土地收入少于一万美元的农民)

三、The technology must be introduced into public germplasm ( = seed) only . (此项技术可根据需要使用在其他作物上的种子或者胚乳上,但是使用此项技术的植物必须是被广泛使用的农业品种)

四、No surcharge may be charged for the technology (i.e. the seed may cost only as much as a seed without the trait)(种子销售时不应收取因此技术而产生附加的费用,即和普通种子保持同一销售价格)

五、National sales are allowed by such farmers (in this way urban needs can also be covered) (在贫下中农的允许下可以由国家进行销售,以满足城市需求)

六、Reusing the harvested seed in the following planting season is allowed (the farmer is the owner of his seeds) (农民可自行繁育下一代种子,即农民拥有种子的所有权)

这个一个伟大的协议。在这个多方协商制定的人道主义条例的保护下,“黄金水稻”似乎应该“前程似锦”。作为“转基因作物学院”的“第二期毕业生”,它并不像前辈-以BT抗虫棉和BT抗虫大豆为代表的“第一期毕业生”一样,被以赢利为目的国际农业种子公司所掌控。而且,第一期“毕业”的 转基因作物,它们擅长的本领是在逆境中求生存,不容易被病菌或者害虫所侵染或者破坏,因而被认为具有潜在而又强大的生态危害。在美国,阿根廷,巴西,加拿 大,印度和中国等国家,这些转基因作物已经被广泛种植。一旦疏于管理,让它们的“特效基因”不小心转移到其他野生类似物种上的话,有可能将把这些野生植物 也变成能抗虫抗病抗逆的“超级植物”,在自然界形成显著的生存优势,从而破坏生态系统的平衡。当然,这种潜在的生态危害在“黄金水稻”上的表现要轻微得多,因为“第一期转基因作物毕业生”都拥有强悍的自然生存能力,而“黄金水稻”的服务对象是人类,让人类获得更加强壮的体魄,并不影响其他野生生物的功能,在野生环境中并没有相对的生存优势。

然而麻烦也正在此,作为第一种需要直接整体被食用转基因作用部位的转基因作物,人们对它的安全性并不放心。以往的“转基因作物”,特效基因所产生的外源物质并不富集在它们将被人类使用或者食用的部分(如转基因棉花和大豆)。激进环保组织剧烈地反对“黄金水稻”,认为它并不是必需的,而且有可能影响人类身体健康。发展中国家的政府也对此项技术的使用深表疑虑,帝国主义列强们把鸦片叫做“赛神仙”,只出口不内销的事情也不是没干过。这种“不放心”一方面来自于对科学的不完全信任,即使“黄金水稻”对环境,对生物安全,对人类 健康等方面已经被充分地研究;另一方面,任何国家都对别的国家,尤其是有“前科”的资本主义国家的“免费施舍”,报有深深的戒心,从而不愿让这些技术随意地使用在一个国家的根本-农业之上。这让澳大利亚昆士兰大学James Dale开始注重转基因作物的“本土制造”,而不是完全由发达国家的科研人员“越厨代庖”。他正主持了一个项目,以构造富含维生素A和E,以及铁的转基因香蕉。这个项目的主要合作科研人员都在坎帕拉-乌干达的首都,这个在我们看来有些奇怪的国家,生活在那里的人们以香蕉为日常主食。这种未来的“转基因香蕉”将产生于乌干达学者手中,并应用到乌干达的农 业生产当中。科学家希望都能通过这样的手段,来加快转基因作物在当地审批,以改善当地人们的营养不良状况。

目前,一个“黄金水稻”的多方研究网络已经形成,遍布在菲律宾,印度,越南,孟加拉国,中国,印度尼西亚,德国等发展中和发达国家。这个孩子正在努力地寻找他所能发挥本领的地方,对于他的未来,让我们说一声“加油,一路走好!”。

资料来源:

1. Enserink M. Tough Lessons From Golden Rice. Science, 2008, 320:468-471.

2. http://www.goldenrice.org/

3. Beyer P et al. Golden Rice: Introducing the ß-Carotene Biosynthesis Pathway into Rice Endosperm by Genetic Engineering to Defeat Vitamin A Deficiency. The Journal of Nutrition, 2002, 132:506S-510S.

4. 刘银良。金大米的知识产权问题分析及启示。《中国农业科学》,2006年05期。

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