الهندسة الوراثية والهندسة البيئية
أوجه التوافق والاختلاف

مقدمة:
أصبحت المساحة المزروعة بالمحاصيل المهندسة وراثيا (المحاصيل  المعدلة وراثيا) في تزايد مستمر، حيث زادت بشكل كبير خلال السنوات الأخيرة من 3 مليون هكتار في عام 1996 إلى 58.7 مليون هكتار في عام 2002 (انظر الشكل 1) (James 2002).

على الصعيد العالمي ، كانت أنواع المحاصيل  المعدلة وراثيا الرئيسية هي فول الصويا (يحتل 36.5 مليون هكتار)، والذرة (12.4 مليون هكتار)، يليها القطن والكانولا. أيضا كانت هناك بعض المحاصيل الأخرى مثل البطاطس وبنجر السكر والدخان والطماطم .(Hilbeck 2001)

في الولايات المتحدة، الأرجنتين، كندا كانت أكثر من نصف المساحة المزروعة بالمحاصيل الزراعية المختلفة مثل فول الصويا والذرة والكانولا مزروعة بالأصناف المعدلة وراثيا.

وكانت المحاصيل المقاومة لمبيدات الحشائش وكذلك المحاصيل التي تحتوى علي سموم بكتريا باسيلس ثيورنجينسيس هي أكثر المحاصيل  المعدلة وراثيا المستخدمة على الرغم من وجود الكثير من الصفات النوعية المرغوبة والتي أصبحت موضع الكثير من الأبحاث والتي من المحتمل أن تستخدم تجاريا في المستقبل القريب (Hilbeck 2001) .

شكل 1: الزيادة العالمية في المساحة المزروعة بالمحاصيل المعدلة وراثيا (مليون هكتار) James 2002)).

وهناك أسباب لتأييد استخدام المحاصيل المعدلة وراثيا من أهمها تقليل الخسائر في المحصول الناتجة عن الإصابة بالحشائش والآفات ومسببات الأمراض كذلك تقليل تلوث البيئة نتيجة الخفض في استخدام الكيماويات الزراعية (Krimsky and Wrubel 1996).

وقد أكد كل من (Braun and Ammann 2003) علي أن المحاصيل المعدلة وراثيا تقلل من تلوث البيئة مع اعتراض بعض المنظمات البيئية علي استخدام هذه المحاصيل.

وهناك الكثير من الأبحاث التي تمت لدراسة الأضرار المحتملة من استخدام المحاصيل المعدلة وراثيا مثل Herren (2003) and Krebs et al (1999)، حيث أن السؤال هنا هل أننا تعلمنا من دروس الماضي عندما كان هناك تفاؤل في منتصف القرن العشرين عند اكتشاف المبيدات والاعتماد عليها لمكافحة الآفات.

جدول (1) مقارنة بين الهندسة البيئية والهندسة الوراثية في مجال الزراعة:

فوائد وأضرار المحاصيل المعدلة وراثياً:

الفوائد:

التجربة بدأت في منتصف التسعينيات عندما بدأت هذه المحاصيل في الانتشار وبدأ دراسة هذه المحاصيل بشكل مكثف، وبدأ ظهور بعض مميزات هذه المحاصيل بالمقارنة بالمحاصيل التقليدية، حيث أن استخدام محاصيل فول الصويا والذرة والكانولا والقطن المعدلة وراثياً قد خفض من استعمال مبيدات الآفات بمقدار 22.3 مليون كيلو جرام (Phipps and Park 2002)مما قلل من تأثير هذه المبيدات علي البيئة والتنوع الحيوي بها كذلك قلل من تأثيرها علي الأعداء الحيوية وهي أهم عناصر المكافحة البيولوجية للآفات (Barbosa 1998; Gurr and Wratten 2000).

هذه المميزات هي واحد من العديد من المميزات المحتملة لاستخدام المحاصيل المعدلة وراثيا بالمقارنة باستخدام  الهندسة البيئية لإدارة الآفات، (أنظر جدول 2).

وبعض الإقتراحات الأخرى لفوائد المحاصيل المهندسة وراثيا والمتحملة لمبيدات الآفات  أنه عند  استخدام عملية رش الحشائش رش جزئي يسمح ذلك بوجود بعض الحشائش بين نباتات المحصول الرئيسي و هذا يساعد على انتشار الأعداء الحيوية، ولذلك فانه هذه المحاصيل تعتبر أداة قوية في عمليه الزراعة المستدامة.

كما أن ترك بعض الحشائش يساعد على انتشار الأعداء الحيوية وكذلك عمليه البيات الشتوي كما أن هذه الأعداء تعمل على تقليل الآفات مما يقلل من الخسائر الناتجة عن هذه الآفات.

وبمقارنة النباتات المهندسة وراثيا والمتحملة لمبيدات الحشائش مع  النباتات التقليدية وجد أن النباتات المهندسة وراثيا يتم رشها بعدد محدود من المبيدات بالمقارنة بالمحاصيل التقليدية.

كما أظهرت النتائج أن الذرة المعدل وراثيا ًوالمتحملة لمبيدات الحشائش يحتوي علي مجموعة أكبر من نباتات الحشائش بالمقارنة بالمحاصيل التقليدية، وقد ظهر عكس ذلك في البنجر والكانولا(Hawes 2003).

وعموماً فإن كثافة الحشرات الآكلة للأعشاب البرية وكذلك الملقحات والأعداء الحيوية تتناسب طرديا مع تعداد الحشائش في المحاصيل المختلفة ومثال علي ذلك إحتواء البنجر والكانولا علي أعداد منخفضة من الفراشات والنحل.

جدول (2): أهم التأثيرات الناتجة من استخدام المحاصيل المعدلة وراثيا (المقاومة للحشرات – التحمل لمبيدات الحشائش) في مكافحة الآفات:

ولقد وجد أن التأثير علي الكائنات الحية الموجودة في الطبقة السطحية من التربة مثل الخنافس والعناكب بالزيادة أو بالنقص متوازن في المحاصيل المهندسة وراثياً بمقارنتها بالمحاصيل التقليدية  (Roy 2003)، وعموماً فلقد زادت كثافتها في الذرة المعدل بالرغم من إنخفاض كثافتها في كل من البنجر والكانولا.

كذلك نجد أن هذا التداخل أيضا موجود في المترممات، ومثال علي ذلك حشرة الكولمبولا حيث وجد أن تعدادها يتزايد بصورة معنوية في المحاصيل المعدلة وراثيا ً (Brooks et al. 2003)، وقد تتضح أهمية المترممات في عملية المكافحة حيث أنها تعتبر ضمن مكونات الغذاء للمفترسات ولذلك يعتبر وجودها عامل مهم في زيادة تعداد الأعداء الحيوية حتي خلال فترة ندرة وجود الفريسة.

ويضاف إلي ذلك أن هذه المحاصيل تساعد في نجاح عملية المكافحة مما يقلل من الخسائر الناتجة عن الإصابة بالآفات المختلفة(Edge et al. 2001).

شكل 2: مخطط يوضح أهم التفاعلات الحيوية التي تحدث في الأراضي الزراعية والتي تتأثر بوجود المحاصيل المعدلة وراثيا.

ومن فوائد إستخدام المحاصيل المحتوية علي الـ Bt هو تقليل معدل نمو الحشرات الآكلة للنباتات البرية حتى مع عدم حصولها علي جرعة مميتة من التوكسينات المفرزة من البكتريا  (Johnson 1997) وهذا يسمح بإعطاء الوقت الكافي لكل من المتطفلات والمفترسات للقيام بدورها في عملية المكافحة(Solomon 1976).

وقد أكد Shelton et al. (2002) إلي أن مخاطر هذه المحاصيل أقل مقارنة بالمخاطر الناتجة عن إستخدام المحاصيل التقليدية، حيث أن ظهور صفة المقاومة في الحشرات ضد المحاصيل المعدلة وراثياً سوف يكون أقل خطورة من عمليات المكافحة المختلفة خاصة بالمبيدات(Conner and Christey 1994).

ويمكن استخدام المحاصيل المعدلة وراثياً والتي تحتوي علي العديد من جينات المقاومة مع طرق الهندسة البيئية المختلفة مثل استخدام احدي استراتيجيات الهندسة البيئية والتي تسمي إستراتيجية (الدفع – السحب) والتي يمكن استخدامها لمكافحة الثاقبات لدعم وزيادة كفاءة محاصيل الـ Bt عن طريق زراعة بعض المحاصيل التقليدية مع محاصيل الـ Bt، وهذه المحاصيل تعتبر مأوي للحشرات، هذه الحشرات يمكنها التزاوج مع الحشرات المقاومة لفعل الـBt  وبالتالي تقل ظاهرة المقاومة للأجيال المتتالية وهذه النموذج محل دراسة (Cannon 2000; Shelton et al. 2002) كذلك تكون هذه المحاصيل التقليدية مصدر لتغذية الأعداء الحيوية.

وهناك المزيد من المميزات الأخرى للمحاصيل المعدلة وراثيا والتي يمكن أن تدعم أو تتداخل مع الهندسة البيئية لم يتم اكتشافها بالكامل (جدول 2).

وفي النهاية، فمن المتوقع أن استخدام المحاصيل المعدلة وراثيا سوف يزيد من إنتاجية المحاصيل لتغطية المتطلبات المتزايدة من الغذاء والألياف مع تقليل الحاجة إلى التوسع في الرقعة الزراعية مما يؤدى إلي المحافظة أو زيادة المساحة المخصصة للمسطحات الخضراء، كذلك فان هذه المحاصيل تعطى نتائج مرغوبة في مكافحة الآفات مع المحافظة علي موارد البيئة وكل ذلك يؤدي إلي المحافظة علي البيئة من التلوث، ومن كل ما سبق نجد أيضا أن الهندسة البيئية (Mitsch and Jorgensen 1989) تعتمد اعتماد كلي على المعرفة الصحيحة بكيفية تحسين النظام البيئي (Costanza et al. 1997) من هنا نجد أن هناك توافق بين الهندسة البيئية والهندسة الوراثية في الأهداف.

المخاطر:

وجد أن استخدام المحاصيل المهندسة يدعم نظام الزراعة الموحدة (الصنف الواحد)، كذلك أنها تمنع المزارعين من استعمال طرق أخري في عملية المكافحة (Altieri 1996).

كما أن هناك العديد من المخاطر علي البيئة نتيجة التوسع الكبير في استخدام هذه المحاصيل المعدلة وراثيا في نظام الزراعة الموحدة (Rissler and Mellon 1996; Snow and Moran 1997; Kendall et al. 1997; Altieri 2000) تتضمن هذه المخاطر ما يلي:

1- إمكانية انتقال هذه الجينات المنقولة إلي هذه المحاصيل إلي الحشائش المرتبطة بها عن طريق عمليات التهجين بين المحاصيل والحشائش.

2- خفض كفاءة الكائنات الحية الغير مستهدفة (خاصة الحشائش أو الأصناف المحلية) نتيجة الحصول علي هذه الصفات عن طريق عمليات التهجين.

3- تطور صفة المقاومة للحشرات مثل مقاومة رتبة حرشفية الأجنحة لسموم الـ Bt .

4- تراكم سموم الـBt  في التربة حتى بعد حصاد المحصول وارتباط هذه السموم مع معادن التربة.

5- تقليل كفاءة المكافحة الحيوية نتيجة تأثير سموم الـBt  علي الأعداء الحيوية.

6- تأثيرات غير متوقعة علي بعض الكائنات الغير مستهدفة مثل الحشرات التي تتغذي علي الحشائش نتيجة وجود حبوب اللقاح للمحاصيل المعدلة وراثيا علي الأجزاء التي تتغذي عليها هذه الحشرات.

7- زيادة استعمال مبيدات الآفات في المحاصيل المتحملة لمبيدات الحشائش مما يؤثر علي البيئة كذلك يقلل من أعداد الحشائش.

8- تقليل أعداد الحشائش يقلل من أعداد الطيور التي تتغذي علي هذه الحشائش أو تتخذها مسكن لها أو تتغذي علي مفصليات الأرجل التي تتغذي علي هذه الحشائش.

9- نقص تعداد الحشائش يؤدي إلي زيادة الضرر الناتج عن الحشرات نتيجة اتجاه الحشرات إلي إصابة المحصول الرئيسي (Root 1973; Nicholls and Altieri, ch. 3 this volume) كذلك تأثير هذا النقص علي كفاءة الأعداء الحيوية.

التكنولوجيا الحيوية، التنوع الحيوي وحساسية الآفات:

فيما يتعلق بمكافحة الآفات، فإن الانتشار الواسع لنظام الزراعة الموحدة وكذلك التجانس الوراثي مرتبط بالكثافة العالية لهذه الآفات، ونجد أن استخدام المحاصيل المعدلة وراثيا يدعم هذا التبسيط في الأنظمة الزراعية، والمدى من النتائج السلبية والذي يؤثر علي وظائف النظام البيئي.

مما لا شك فيه أن الحضارة التي يصنعها الإنسان بشكل عام والزراعة بشكل خاص هي من أهم الأسباب التي تعمل علي خفض التنوع الحيوي (Conner et al. 2003) ، حيث تمثل الزراعة نموذج في التأثير علي التنوع الحيوي في التربة نتيجة استخدام نموذج الزراعة الموحدة.

ومع ظهور الزراعة الحديثة فلقد واجه الباحثين والمزارعين مشكلة بيئية نتيجة التماثل الجيني للأنظمة الزراعية، ومع زيادة قابلية المحاصيل للإصابة بالآفات والأمراض المختلفة والتي يمكنها القضاء علي هذه المحاصيل التي لها صفة التماثل الجيني والتي تكون بنظام الزراعة الموحدة الواسع الإنتشار حيث تمثل 91% من المساحة العالمية المزروعة معظمها يكون إما قمح أو ذرة أو قطن أو فول صويا (Smil 2000).إن نظام الزراعة الموحدة ربما يكون له بعض المميزات الإقتصادية للمزارعين علي المدى القصير، ولكن علي المدى البعيد فان له تأثيرات بيئية سيئة. وبالأخص وضع قيود علي التنوع في زراعة النباتات المختلفة يجعل عملية إنتاج الغذاء العالمي في خطورة شديدة(Robinson 1996).

ولقد تم تكرار التجربة فوجد أن المحاصيل المعدلة وراثيا تمثل مصدر خطورة علي المزارعين، حيث أن الحقول التي بها صفة التماثل الجيني تكون أكثر عرضة للإصابة بالحشرات والأمراض (Robinson 1996)، ومثال علي ذلك حدوث خسارة في محصول الذرة تقدر بـ 1 بليون دولار سنة 1970 في الولايات المتحدة الأمريكية وكذلك تدمير 18 مليون شجرة موالح في فلوريدا سنة 1984 نتيجة الإصابة بالأمراض وذلك لوجود التماثل الجيني لهذه المحاصيل (Thrupp 1998).

وقد وجد أن التنوع في النباتات المزروعة في النظام البيئي يسمح بتعظيم فرص تكون مستعمرات الكائنات الدقيقة، ولقد أظهرت التجارب أن أنواع الحشرات الآكلة للحشائش تتزايد في حالة نظام الزراعة الموحدة بالمقارنة بالنظام التي تتنوع فيه المحاصيل.

وتعتبر الحشائش الموجودة علي حواف الحقل من الأماكن الهامة لتواجد الأعداء الحيوية، سواء كانت متطفلات أو مفترسات وبالتالي زيادة كفاءة المكافحة الحيوية، حيث لوحظ في احدي التجارب بألمانيا أن تطفل Rape pollen beetle  Meligethes aeneus F كان بنسبة 50% علي حواف الحقل، بينما قلت هذه النسبة لتصبح 20% في منتصف الحقل (Thies and Tscharntke 1999).

وملخص لما سبق أن المحاصيل المهندسة وراثياً تعمل علي تشجيع نظام الزراعة الموحدة وهو ما يتعارض مع الهندسة البيئية.

مخاطر المحاصيل المتحملة لمبيدات الحشائش:

تتواجد هذه المخاطر نتيجة تأثير هذه النباتات علي الأعداء الحيوية كذلك إمكانية انتقال هذه الجينات المسئولة عن صفة المقاومة إلى النباتات البرية والحشائش مما يزيد من أعداد هذه الحشائش ويجعل من الصعب السيطرة عليها وخاصة عند ظهور صفة المقاومة لهذه المبيدات.

وقد تصبح المحاصيل المتحملة لمبيدات الحشائش غير مرغوب فيها بعد حصادها وظهورها مرة أخري مع المحصول التالي أي أنها تصبح حشيشة وبالتالي يصعب التخلص منها، حيث وجد أن نباتات الكانولا في كندا أصبحت مقاومة لثلاثة أنواع من مبيدات الحشائش (glyphosate, imidazolinone and glufosinate) (Hall et al. 2000).

وقد تظهر أيضا ظاهرة المقاومة المشتركة لهذه المبيدات مما يزيد من تكلفة عملية المكافحة بالمبيدات، وتعتبر الحشائش من المكونات الهامة للنظام البيئي لأنها تؤثر بالإيجاب علي حياة وتطور الكائنات الحية في البيئة، وكذلك تعتبر الحشائش من المتطلبات الضرورية لزيادة الأعداء الحيوية بإعتبارها مكان مناسب للفرائس والعوائل اللازمة لهذه الكائنات، مع عدم وجود الحشرات والمحصول طوال العام مع وجود هذه الأعداء الحيوية لذلك تعتبر الحشائش المكان المناسب لوجود هذه الكائنات.

وقد وجد أن الزيادات الوبائية في تعداد الآفات أقل حدوثاً في الحقول التي تحتوي علي الحشائش عنها في الحقول الخالية من الحشائش ويرجع ذلك إلي ارتفاع معدل الوفيات في الحشرات لوجود الأعداء الحيوية، كما وجد أن أعداد المفترسات في هذه الحقول أكثر منها في الحقول الخالية من الحشائش كذلك أن نجاح عملية التطفل يعتمد علي وجود الحشائش التي توفر الرحيق للحشرات الكاملة لهذه المتطفلات.

ومع استعمال المبيدات بصورة متزايدة داخل المحاصيل المتحملة لهذه المبيدات فإن ذلك يقضي علي كل أنواع الحشائش وذلك يؤثر علي النظام البيولوجي مقارنة بالمحاصيل التقليدية والتي تستخدم فيها مبيدات حشائش اختيارية قد تترك الفرصة لوجود بعض هذه الحشائش.

وهناك العديد من الدراسات الدالة علي أن التخلص الكلي من الحشائش أو تقليل التنوع فيها يؤثر علي البيئة الخاصة بالحشرات وما يرتبط بها من أعداء حيوية.

وقد وجد أن عدم الإفراط في استخدام مبيدات الحشائش والإقتصار علي مبيد واحد مثل الجليفوسات قد يسمح بوجود بعض الحشائش، ويمكن تطبيق ذلك في حالة المحاصيل المتحملة لمبيدات الحشائش بإستخدام مبيدات ما قبل الإنبثاق والتي تطبق بصورة وقائية وتعتمد علي متبقياتها، وهذه المبيدات لا يمكن تطبيقها بعد الإنبثاق، وتتم هنا عملية المكافحة في حالة زيادة كثافة هذه الحشائش عن الحد المسموح به، حيث توجد هذه الحشائش من بداية الموسم إلي الوقت الذي تصبح فيه عملية المكافحة أمر حتمي وضروري.

ووجود الحشائش في بداية الموسم قد يسبب منافسة أقل مع المحصول الموجود .