Zvětšit obrázek

Housenka monarcha stěhovavého

Komerční pěstování geneticky modifikovaných (GM) plodin oslavilo v roce 2007 v tichosti desáté  narozeniny.  Po celou tu dobu se plochy GM plodin neustále zvětšují. V České republice se smí od roku 2005 pěstovat první GM plodina – kukuřice MON810 odolná k hmyzím škůdcům. Také ona se pěstuje na stále větší výměře. V roce 2007 to bylo zhruba 5 tisíc hektarů. Reakce laické i odborné veřejnosti jsou velmi různorodé. Od nadšení, přes nezájem, až po odmítání. Výhrady proti pěstování GM plodin často vyvěrají z obav, že dojde ke škodám na životním prostředí. Nakolik jsou oprávněné? Nad touto otázkou se zamysleli na sklonku roku 2007 švýcarští vědci Olivier Sanvido, Jörg Romeis a Franz Bigler na stránkách vědeckého časopisu Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology. Jejich pohled na problematiku vlivu GM plodin na životní prostředí shrnuje vyčerpávajícím způsobem desetileté zkušenosti komerčního pěstování odrůd vzniklých s přispěním metod genového inženýrství i výsledky výzkumu na tomto rychle se rozvíjejícím poli. Jsme přesvědčeni, že může být zdrojem důležitých a objektivních informací i pro českou odbornou veřejnost.

Zvětšit obrázek

Monarch stěhovaný se stal objektem jedné studie, která hodnotila vliv Bt-kukuřice na necílové druhy motýlů. Ačkoli laboratorní testy naznačovaly, že Bt-plodiny mohou mít na populaci negativní dopad, následná sledování z volné přírody tento předpoklad vyvrátila.

GM plodiny pod zvláštním režimem
Zemědělství zasahuje do životního prostředí velmi razantně už tisíce let a moderní systémy hospodaření mají z globálního hlediska na biodiverzitu v mnoha případech negativní dopad. Přirozené ekosystémy jsou především v rozvojových zemích přeměňovány na zemědělskou půdu a nenávratně mizí. Tento proces probíhá nezávisle na zavádění GM plodin a v podmínkách střední Evropy byl již dávno dokonán. Snaha o maximální výnosy a ekonomickou rentabilitu s sebou nese další zásahy do kulturní krajiny, které vnímáme jako negativní změny. Na zemědělské půdě roste stále méně plevelných druhů rostlin, zužuje se druhové spektrum bezobratlých živočichů a ubývá i některých obratlovců, např. ptáků. Pokud se budeme zabývat ekologickými dopady pěstování GM plodin, musíme je vnímat v kontextu s dopady ostatních moderních technologií, jež se v zemědělství uplatňují v posledních desetiletích. Takové srovnávání ale není jednoduché, protože na rozdíl od konvenčního zemědělství je pěstování GM plodin podřízeno podstatně přísnější regulaci. Paradoxně tak máme mnohdy sice dost dat o vlivech GM plodin, ale obdobně solidní data z podmínek konvenčního hospodaření nejsou k dispozici.

Důvodů pro „zvláštní režim“ při hodnocení GM plodin existuje celá řada. Technologie genového inženýrství, s jejichž pomocí jsou GM plodiny získávány, jsou relativně nové a jejich principy nejsou laické veřejnosti vždy na první pohled srozumitelné. Čím méně je proces tvorby GM plodin jasný, tím větší prostor zůstává pro spekulace a obavy.
Před uvedením každé odrůdy GM plodiny na trh bedlivě zkoumána nejen její bezpečnost pro zvířata a lidi, kteří ji budou konzumovat, ale hodnotí se i její vliv na životní prostředí. K tomu, aby byla GM odrůda povolena, nesmí představovat větší riziko než srovnatelná konvenční odrůda považovaná na základě stávajících zkušeností za bezpečnou.

Zvětšit obrázek

Zavíječ kukuřičný

Potenciální negativní vlivy GM plodin na životní prostředí lze velmi přibližně rozdělit na přímé a nepřímé. Přímé efekty jsou důsledkem samotné genetické modifikace a změn fenotypu rostlin, jež tento zásah do genotypu vyvolá. Modifikace by mohla například  GM plodině umožnit, aby ve zvýšené míře přežívala v jiných porostech. Pak by se mohla nová GM plodina chovat jako obtížný plevel. Na druhé straně si může pěstování GM plodiny vyžádat změnu agrotechniky. Změny v ekosystému vyvolané přechodem na novou agrotechniku by pak představovaly nepřímý efekt pěstování GM plodiny.

Bt-plodiny a životní prostředí

Zvětšit obrázek

Většina Bt-plodin je modifikována s cílem zvýšit jejich odolnost proti housenkám motýlů. U kukuřice jde přednostně o housenky zavíječe kukuřičného. K těm je odolná i u nás pěstovaná GM kukuřice MON810.

V České republice je pro pěstování povolena jediná GM plodina a tou je kukuřice MON810 odolná proti housenkám motýlů. V našich podmínkách nachází uplatnění  především její odolnost proti housenkám zavíječe kukuřičného. Tato kukuřice patří  mezi GM plodiny nesoucí gen pro Cry-protein z bakterie Bacillus thuringiensis (Bt). Cry-protein se mění  v toxickou látku až ve chvíli, kdy se dostane do střeva hmyzu a tam se z obou jeho konců odštěpí řetězce o určité délce. Příhodné podmínky pro takové štěpení panují především ve střevu housenek motýlů, kde je zásadité prostředí. Molekula vzniklá štěpením se váže na molekuly pokrývající povrch buněk hmyzího střeva. Navázané toxiny se následně spojí do komplexu a vytvoří ve střevní stěně otvor. Hmyz hyne obvykle během 2 až 5 dní v důsledku těžkého poškození střeva. Zabije ho buď nedostatek živin nebo mu narušenou střevní sliznicí proniknou do těla bakterie z trávícího traktu a způsobí otravu.

Mezi tzv. Bt-plodinami chráněnými před hmyzími škůdci Cry-proteinem najdeme kukuřici, bavlník, brambor, rajče, rýži, lilek a řepku. Komerčně se pěstují jen kukuřice a bavlník. V letech 1996 až 2001 se pěstoval i Bt-brambor s proteinem Cry3Aa odolný proti mandelince bramborové. Pěstování bylo ukončeno pro nezájem spotřebitelů. Významně k tomu přispělo i zavedení nových pesticidů účinných jak proti mandelince tak i proti mšicím.
GM kukuřice byly nejprve vybaveny genem pro protein Cry1Ab. Ten je měl chránit především před zavíječem kukuřičným, ale ukázal se jako účinný i proti housenkám dalších motýlů, např. travařce Sesamia nanogrioides, blýskavce Spodoptera litoralis nebo černopásce Helicoverpa zea. V roce 2003 byly v USA a Kanadě povoleny odrůdy GM kukuřic s genem pro protein Cry3Bb odolné proti larvám bázlivce.

Jedna z hlavních obav z nepříznivých ekologických následků pěstování Bt-plodin je účinek Cry-proteinů na jiné druhy hmyzu, než jsou cíloví škůdci. Za zvláště významné by byly považovány nepříznivé účinky na parasitoidy a predátory, jež jsou přirozenými nepřáteli škůdců. Velmi seriózně jsou zvažovány i účinky Bt-plodin na hmyzí opylovače a motýly.

Vliv Bt-plodin na hmyzí predátory a parasitoidy

Zvětšit obrázek

Bázlivec kukuřičný

Hmyzí predátoři se zhusta živí býložravým hmyzem a také hmyzí parasitoidi kladou svá vajíčka do těla býložravého hmyzu. Jsou proto s ohledem na ochranu porostů před hmyzími škůdci považováni za „užitečný hmyz“ a vliv Bt-plodin na jejich populace je předmětem velmi intenzivního zájmu. Pro ověření těchto rizik byly prováděny laboratorní a skleníkové experimenty i polní pokusy. Jejich výsledky se mohou dosti významně rozcházet.
Především výsledky laboratorních testů  jsou často uváděny jako důkaz o ekologické škodlivosti Bt- plodin.Na základě výsledků laboratorních pokusů se například zdálo, že zlatoočka obecná trpí, pokud se živí hmyzem žijícím v porostu Bt- kukuřice chráněné proteinem Cry1Ab. Následně se ale ukázalo, že na vině není Cry-protein z kořisti zlatoočky, ale nedostatek potravy vyvolaný tím, že herbivorní hmyz na Bt-kukuřici neprosperuje. V přírodě si ale hledá zlatoočka jinou kořist a na porostech Bt-kukuřice se jí vede dobře. Podobně dopadly i experimenty s blanokřídlými parasitoidy, jako jsou lumci a lumčíci. Z výsledků laboratorních pokusů se zdálo, že tito parasitoidi mohou být postiženi Cry-proteinem Bt-kukuřice. V přírodě se ale tento fenomén neprojevil. Celkově lze výsledky všech dosavadních laboratorních experimentů shrnout do konstatování, že nebyl prokázán negativní vliv Bt-plodin na hmyzí predátory a parasitoidy.

Zvětšit obrázek

Bázlivec kukuřičný představuje významného škůdce kukuřice. Jeho larvy napadají kořenový systém. Brouk představuje stále závažnější problém i v Evropě.

Ve světě bylo provedeno více než padesát polních pokusů, při kterých byl sledován vliv Bt-plodin na přirozené hmyzí nepřátele hmyzích škůdců. Sledování byla prováděna po různě dlouhou dobu a kladla důraz na různé parametry. Z těchto studií vyplývá, že se schopnost přirozených hmyzích nepřátel kontrolovat populace hmyzích škůdců na porostech s Bt-plodinami významně neliší od poměrů, jež vládnou na polích s obdobnými geneticky nemodifikovanými odrůdami. Na porostech s Bt-plodinami byl v některých  snížen výskyt hmyzích predátorů a parasitoidů, protože ti na nich nenacházeli dostatek kořisti. To se týká především druhů hmyzu, který je specializován na kořist náležející k poměrně úzké spektru druhů. Jedna z nejdůkladnějších studií, při níž byl na Bt-bavlníku sledován po dobu 6 let výskyt dravých členovců náležejících k celkem 22 taxonomickým skupinám, prokázala pokles v četnosti u některých druhů dravých členovců až o 20%. Schopnost dravých členovců úspěšně regulovat výskyt býložravého hmyzu tím však nebyla nijak poznamenána. Obecně lze říci, že draví členovci nejsou potravně nijak zvlášť specializováni. A pokud v porostu Bt-plodiny chybí hmyzí škůdce, proti němuž genetická modifikace rostlinu chrání, predátoři a parasitoidi obvykle loví náhradní kořist.

Populaci býložravého hmyzu nesnižuje zdaleka jen pěstování odolné Bt-plodiny. Stejné efekty přináší samozřejmě i ochrana rostlin insekticidy nebo prostředky biologické kontroly. Například ošetření porostů pyrethroidy nebo organofosfáty výrazně snižuje množství hmyzích predátorů i parasitodidů z řad blanokřídlého hmyzu a to i ve srovnání s porosty Bt-plodin. To platí o insekticidech s širokým spektrem účinku obecně.

Efekt Bt-plodin na hmyzí opylovače a motýly

Zvětšit obrázek

Chvostoskok Ptenothrix renateae. Chvostoskoci patří k významným představitelům půdních živočichů. Součástí sledování ekologických efektů pěstování Bt-plodin je proto i hodnocení dopadů na chvostoskoky.

Mnoho plodin je opylováno hmyzem. Zdaleka nejde jen o včelu medonosnou. V poslední době je stále více doceňován i význam volně žijících hmyzích  opylovačů, například čmeláků nebo samotářských včel. Výnosy mnoha plodin přímo závisí na tom, jak jsou rostliny opyleny. Proto je věnována velká péče i nežádoucímu účinku Bt-plodin na hmyzí opylovače.  Z pochopitelných důvodů slouží jako hlavní testovaný druh včela medonosná. Testy na včelách jsou například ve Spojených státech nedílnou součástí zkoušek, kterými musí každá nová Bt-plodina projít před schválením pro pěstování. Tyto testy prověřují účinek čistého Cry-proteinu i pylu z testované Bt-plodiny a to jak na larvách, tak i na dospělých včelách. Při žádné z těchto zkoušek nebyl prokázán nepříznivý efekt pylu z Bt-plodiny. Negativní efekt nebyl pozorován ani u včel, které sbíraly pyl na porostech Bt-plodin. Některé studie naopak demonstrovaly ochranný efekt Bt-pylu na včelstva. Pyl z plodin s Cry-proteiny cílenými na housenky motýlů může chránit včely před napadením úlů zavíječem voskovým.
Velká pozornost byla věnována také vlivu Bt-plodin na motýly. Důvodů je hned několik. Motýli patří k populárním organismům a pro obyvatele mají i určitou estetickou hodnotu. Jeden z nejrozšířenějších Cry-proteinů Cry1b je selektivně toxický právě pro motýly, a tak nelze vyloučit, že by mohly být pěstováním Bt-plodin postiženy i necílové druhy motýlů. Mohlo by k tomu dojít například za předpokladu, že se pyl Bt-plodiny dostane na listy plevelů, jimiž se živí housenky necílového motýlího druhu.

Tato situace byla napodobena v laboratorních podmínkách při pokusu s housenkami motýla monarcha stěhovavého. Housenky monarcha se živí listy klejichy. Vědci proto poprášili klejichu pylem z Bt-kukuřice a sledovali osud housenek, které se na těchto listech pásly. Efekt byl dramatický a výsledky pokusů zveřejněné v roce 1999 prestižním vědeckém časopise Nature vzbudily velkou pozornost i mezi laickou veřejností. Monarcha stěhovavý patří k „vlajkovým lodím“ americké ochrany přírody. K jeho popularitě přispívají masové tahy, při kterých se na podzim přesouvá ve velkých hejnech na mexická zimoviště a zjara se zase vrací na sever do USA. Housenky monarchy stěhovavého v pokusu konzumovaly listy s pylem z Bt-kukuřice mnohem méně než listy poprášené pylem geneticky nemodifikované kukuřice. Po čtyřech dnech téměř polovina housenek živených listy s pylem Bt-kukuřice uhynula. Z housenek živených klejichou poprášenou pylem geneticky nemodifikované kukuřice neuhynula žádná. Výsledky experimentu byly interpretovány tak, že pro motýla monarcha stěhovavého a zřejmě i dalším necílové druhy motýlů představuje pěstování Bt-plodin akutní nebezpečí a může významně přispět k jejich vyhubení.

Tyto argumenty zaznívají i s odstupem bezmála jednoho desetiletí stále znovu a znovu, i když bylo jasně prokázáno, že ze studie provedené v laboratorních podmínkách nelze takto jednoznačné závěry vyvodit. Původní interpretace výsledků byla následnými analýzami a experimenty vyvrácena. Ukázalo se, že housenky motýla jsou postiženy pouze v případě, že konzumují pyl z linie Bt-kukuřice, která má extrémně vysoký obsah Cry-proteinu v pylu. Takové linie Bt-kukuřice se na polích nepěstují. Běžně pěstované Bt-kukuřice včetně u nás pěstované MON810 mají Cry-proteinu asi 80krát méně než pyl kukuřice použité v experimentu a nepředstavují pro housenky monarcha stěhovavého žádné nebezpečí. Navíc byly listy klejichy poprášeny při pokusech tak velkou dávkou pylu, jaké se za přirozených podmínek na listech volně rostoucích rostlin nikdy nenahromadí.  Neškodnost Bt-plodin pro monarchu stěhovavého se potvrdila i v podmínkách polních experimentů. Pozorování z volné přírody ukázalo, že v době uvolňování pylu se motýl monarcha stěhovavý v porostech kukuřice vyskytuje jen zřídka. Účinku Cry-proteinu z Bt-kukuřice může být vystaveno nejvýše 0,8% celkové populace monarcha stěhovavého a z tohoto malého zlomku populace motýla se toxické účinky Cry-proteinu projeví opět jen na velmi malé části. Pěstování Bt-kukuřice v Severní Americe proto nemůže monarcha stěhovavého významně postihnout. V porovnání s přirozenou úmrtností housenek monarcha, jež dosahuje kolem 80%, je následek pylu Bt-plodin zanedbatelný. Za mnohem vážnější faktory přispívající k vyhubení monarcha stěhovavého je považována ztráta přirozeného prostředí v mexických zimovištích (především kácení tamějších lesů) a používání pesticidů při ochraně konvenčních porostů. Dokonce i srážky motýlů s automobily představují větší riziko než pyl Bt-plodin.

Zvětšit obrázek

Polní pokusy university v Miláně s Bt-kukuřicí odolnou k zavíječi kukuřičnému, které proběhly v Lombardii v roce 2005. Vlevo je porost konvenční kukuřice, vpravo pak porost Bt-kukuřice. Rozdíl v kvalitě porostu je patrný na první pohled a odráží míru napadení kukuřice zavíječem. Zatímco v konvenčním porostu bylo na jedné rostlině v průměru 29 housenek zavíječe, z toho třetina v klasu, na Bt-kukuřici nebyl výskyt housenek zaznamenán. Rozdíl ve výnosu činil až 43% ve prospěch Bt-kukuřice. V Itálii je pěstování Bt-kukuřice zakázáno a podle ekonomických analýz mohou tamější zemědělci ročně ztrácet škodami vyvolanými zavíječem až miliardu eur. Alarmující byl rozdíl v obsahu karcinogenních mykotoxinů fumonisinů. Konvenční kukuřice poškozená zavíječem byla mnohem více napadena plísněmi rodu Fusarium a obsahovala více než 6000 miligramů fumonisinů na kg sušiny. Obsah fumonisinů v Bt-kukuřici byl 130krát nižší. Italská vláda výsledky těchto pokusů před laickou i odbornou veřejností zatajila.

Vliv Bt-plodin na půdní ekosystém
Obavy spojované s pěstováním Bt-plodin se zdaleka netýkají jen světa nad zemí. Stejně seriózně jsou zvažovány i efekty na půdu a půdní organismy. Jedním z klíčových faktorů je osud Bt-toxinu v půdě.
Toxiny produkované Bt-plodinami se mohou dostávat do půdy hned několika způsoby. Rostliny je mohou vylučovat do půdy kořeny. Významným zdrojem mohou být i odumřelé části kořenového systému. V neposlední řadě končí v půdě zbytky nadzemních částí rostliny, které odumřely buď během vegetační sezóny a nebo zůstaly na poli po sklizni. Životnost toxinu v půdě závisí na mnoha faktorech, např. na množství, jaké obsahují různá pletiva (u Bt-kukuřice MON810 je v kořenovém systému čtyřikrát až sedmkrát méně toxinu než v nadzemní části), na množství biomasy, jež zůstává na poli, a na rychlosti rozkladu biomasy.

Rychlost rozkladu Bt-toxinu závisí na klimatických podmínkách, typu půdy a i na typu Cry-proteinu, z kterého Bt-toxin vznikl. Dá se říci, že během jednoho až dvou dní klesá původní množství toxinu na polovinu. Takový je poločas životnosti toxinu. Laboratorní analýzy odhalí stopy toxinu ještě po dvou až šesti měsících.
Zpočátku je rozklad pomalý, protože toxin je uzavřen v rostlinných buňkách. Jakmile se buňky naruší, začíná toxin velmi rychle mizet. Na konci sezóny zůstává v půdě obvykle méně než 2% toxinu. Životnost biologicky aktivního toxinu v půdě může prodloužit jeho vazba na jílové částice nebo některé organické kyseliny. Zatím ale nebyla nikdy zjištěna kumulace Bt-toxinu v půdě. Při interpretaci dat je nutné mít na paměti fakt, že množství toxinu zjištěné většinou pomocí specifických protilátek nemusí přesně odrážet množství biologicky aktivního toxinu v půdě. Protilátka reaguje i s nefunkčními fragmenty molekuly toxinu, které již nemají žádný biologický účinek. Testy, které spolehlivě určí množství skutečně účinného toxinu, jsou poměrně komplikované, protože toxin izolovaný  z půdy (včetně fragmentů) musí být testován na organismu, který je k toxinu vnímavý.

Efekt Bt-toxinu na půdní mikroorganismy se studuje jen velmi obtížně. Je to tím, že obecně víme o půdních mikroorganismech jen málo. Drtivou většinu z nich nedokážeme laboratorně kultivovat, a tak nám druhová pestrost a četnost zástupců jednotlivých druhů zůstávají skryty. Na půdní mikroorganismy působí celý komplex vlivů a ty mají na svědomí obrovskou variabilitu půdní mikroflóry. Rozdíly jsou patrné mezi různými lokalitami, značné rozdíly lze pozorovat ve složení půdní mikroflóry i v průběhu času na jednotlivých lokalitách. Při pěstování Bt-plodin byly v některých případech pozorovány změny v půdní mikroflóře. Jejich rozsah ale není větší než změny vyvolané jinými faktory, jako je například hnojení nebo orba. Odborníci se proto shodují v tom, že u Bt-plodin nebyl prokázán zásadní efekt na složení půdní mikroflóry.

Stejně tak byl prověřován i vliv pěstování Bt-plodin na půdní makroorganismy, především hlísty, stínky, chvostoskoky, půdní roztoče či kroužkovce. Při těchto testech byla zkoumána životaschopnost půdních živočichů v půdě odebrané z polí, kde byly pěstovány Bt-plodiny. Pro kontrolu byly prováděny stejné testy životaschopnosti živočichů  v půdě odebrané z polí, kde byly pěstovány obdobné geneticky nemodifikované plodiny. Efekty Bt-plodiny byly zřejmé. Jejich pěstování mění druhové složení půdních živočichů. Na druhé straně ale byly tyto změny vždy mnohem menší než změny pozorované při pěstování různých  konvenčních odrůd téže plodiny. Ještě mnohem více ovlivňovalo půdní živočichy střídání různých konvenčních plodin. Proto ani v případě půdních živočichů nelze považovat efekt pěstování Bt-plodin za významný faktor.

V této souvislosti je třeba přiznat, že nelze provést srovnání efektu pěstování Bt-plodin s efekty agrotechnických zásahů v porostech konvenčních plodin. Je to tím, že vliv pěstování různých konvenčních odrůd, různých agrotechnik, případně vliv použití pesticidů nebyl nikdy studován do takové hloubky, do jaké je zkoumán při pěstování GM plodin. 


Poznámka redakce: Článek má pokračování