反對(duì)種植轉(zhuǎn)基因作物的人們,并非都是由于科學(xué)上的疑慮(且不說其理由是否站得住腳),有的是出于其信仰,認(rèn)為人類不應(yīng)該種植“不自然”的作物。
但是人類今天種植的作物,沒有一種是“自然”的,全都是人工改造過的。這個(gè)改造過程發(fā)生于大約1萬年前的新石器時(shí)代,人類開始嘗試種植糧食的時(shí)候。在種植過程中,發(fā)現(xiàn)有的植株有人們想要的性狀(比如產(chǎn)量比較高、味道比較好),于是其種子被保留下來,繼續(xù)種下去。在下一代中,又選擇“品質(zhì)”最好的往下種,這樣一代代地選擇下去,就能得到“優(yōu)良”品種。達(dá)爾文后來把這個(gè)過程稱為“人工選擇”。
這個(gè)過程非常緩慢。在新石器時(shí)代,“馴化”一種野生植物要花上千年的時(shí)間。1719年,英國(guó)植物學(xué)家費(fèi)爾柴爾德發(fā)明了一種創(chuàng)造作物新品種的方法——雜交育種,把作物的不同品種進(jìn)行雜交,在其后代中選育具有優(yōu)良品性的品種。到了20世紀(jì)初,遺傳學(xué)的創(chuàng)立為作物育種提供了理論依據(jù),植物學(xué)家用雜交育種方法創(chuàng)造出了許多在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有巨大實(shí)用價(jià)值的新品種。這些新品種都是自然界原先沒有的。
但是不同物種之間的雜交很難成功。在1930年代,植物學(xué)家發(fā)現(xiàn)使用秋水仙堿能夠有效地克服遠(yuǎn)緣雜種不育的難題。之后又發(fā)明了細(xì)胞質(zhì)融合技術(shù),把來自兩個(gè)物種的細(xì)胞融合在一起,從中培育出雜交后代。有了這些技術(shù),雜交打破了物種障礙,雜交育種不再限于物種內(nèi)部。兩個(gè)不同的物種之間,甚至不同的屬之間的雜交成為了可能。比如,通過把屬于不同屬的小麥和黑麥雜交,創(chuàng)造出既有小麥的高產(chǎn)又有黑麥的抗銹病能力的新物種小黑麥。
在第二次世界大戰(zhàn)之后,一種新的育種技術(shù)——誘變育種獲得了廣泛應(yīng)用。它通過使用化學(xué)誘變劑或輻射來誘發(fā)種子產(chǎn)生基因突變,從中篩選出具有優(yōu)良性狀的新品種。比起雜交育種,誘變育種更加“不自然”,因?yàn)樗苯痈淖兩矬w的遺傳物質(zhì),創(chuàng)造出了新的基因。
這些方法都屬于經(jīng)典育種技術(shù),育種學(xué)家在使用這些技術(shù)時(shí),其實(shí)是相當(dāng)盲目的,并不知道他們給植物新品種引入了什么基因。從遺傳學(xué)誕生日起,人們就夢(mèng)想著有一天能夠直接而精確地改變生物體的基因,或者說,對(duì)生物體實(shí)施“遺傳工程”。這只有在分子遺傳學(xué)誕生以后,才成為可能。
第一次遺傳工程是1971年在美國(guó)斯坦福大學(xué)的生物學(xué)家伯格實(shí)驗(yàn)室完成的。他們把噬菌體λ的DNA片段插入猿猴病毒SV40的基因組,首次在體外將來自不同物種的DNA重組起來。這個(gè)重組DNA分子由于含有哺乳動(dòng)物病毒序列,有可能被結(jié)合進(jìn)哺乳動(dòng)物細(xì)胞的染色體中;又由于含有噬菌體λ序列,有可能在細(xì)菌(例如大腸桿菌)中擴(kuò)增。雖然由于許多人擔(dān)心擴(kuò)增含有病毒序列的大腸桿菌的危險(xiǎn)性使得伯格中斷了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn),但是伯格實(shí)驗(yàn)已為未來的遺傳工程繪制了藍(lán)圖:用細(xì)菌擴(kuò)增重組DNA,并把重組DNA引入生物體中。
伯格在1971年6月冷泉港會(huì)議上首次報(bào)告其實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí),就引起了分子生物學(xué)家們的擔(dān)憂:伯格采用的病毒SV40是一種致癌病毒,這種研究有可能培育出攜帶致癌基因的重組大腸桿菌,由于人體腸道內(nèi)就生長(zhǎng)著大腸桿菌,一旦重組大腸桿菌從實(shí)驗(yàn)室中逃逸,就有可能在人群中傳播它們所攜帶的致癌基因。1973年1月22-24日在加州阿斯洛馬舉行會(huì)議討論重組DNA技術(shù)的危險(xiǎn)性問題。這一年的3月份,波義耳、科恩實(shí)驗(yàn)室大大改進(jìn)了重組DNA技術(shù),成功地進(jìn)行了“分子克隆”。他們采用細(xì)菌的質(zhì)粒做為重組DNA的載體。質(zhì)粒是一種環(huán)形的DNA分子,攜帶著能抵抗抗生素的基因,一旦進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞中,就能自動(dòng)大量地復(fù)制,并表達(dá)被重組進(jìn)去的基因。這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步引起了分子生物學(xué)家們的擔(dān)憂。美國(guó)科學(xué)院建立了一個(gè)專門的委員會(huì),由伯格任主席,在1974年同時(shí)給《美國(guó)科學(xué)院院刊》和《科學(xué)》寫了一封信,建議分子生物學(xué)家自愿地暫停重組DNA實(shí)驗(yàn),召開一次討論會(huì)討論重組DNA技術(shù)潛在的危險(xiǎn)性。會(huì)議于1975年2月24-27日在阿斯洛馬舉行,衡量了重組DNA技術(shù)的潛在危險(xiǎn),建議繼續(xù)從事這方面的研究,同時(shí)應(yīng)采取措施降低實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性。1976年6月23日,美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生院在阿斯洛馬會(huì)議所提出的建議的基礎(chǔ)上,公布了重組DNA研究規(guī)則。與此同時(shí),歐洲國(guó)家也制定了類似的規(guī)則。
阿斯洛馬會(huì)議之后,科學(xué)界有關(guān)重組DNA技術(shù)的爭(zhēng)議告一段落,但是在媒體的煽動(dòng)下,在公眾中卻出現(xiàn)了恐慌。人們擔(dān)心重組DNA實(shí)驗(yàn)會(huì)創(chuàng)造出新的病原體,引發(fā)致命流行病,會(huì)創(chuàng)造出難以控制的怪物,會(huì)被用于改變?nèi)祟惢蚪M,導(dǎo)致“優(yōu)生學(xué)”運(yùn)動(dòng),等等。其中最主要的,是擔(dān)心會(huì)從重組DNA實(shí)驗(yàn)室逃逸出新的病原體。這種恐慌在1976-1977年間達(dá)到了頂峰。就在美國(guó)國(guó)家衛(wèi)生院公布重組DNA研究規(guī)則的同一天,麻省劍橋市長(zhǎng)針對(duì)哈佛大學(xué)擬建一個(gè)用于重組DNA技術(shù)研究的新實(shí)驗(yàn)室,舉行了一次聽證會(huì),然后禁止哈佛大學(xué)建造實(shí)驗(yàn)室。在經(jīng)過了幾個(gè)月的爭(zhēng)論之后,市政委員會(huì)聽從專家的意見,推翻了市長(zhǎng)的決定,同意建造該實(shí)驗(yàn)室。與此同時(shí),參議員愛德華•肯尼迪抨擊科學(xué)家們想要自我管理重組DNA研究,舉行國(guó)會(huì)聽證會(huì)打算通過立法限制重組DNA研究。1977年,美國(guó)科學(xué)院舉行大會(huì)時(shí),示威者舉著反科學(xué)牌子沖進(jìn)會(huì)議室,搶奪話筒。國(guó)會(huì)又多次舉行聽證會(huì),并提出多項(xiàng)法案嚴(yán)厲限制重組DNA研究。美國(guó)科學(xué)界在美國(guó)科學(xué)院的領(lǐng)導(dǎo)下奮起抗?fàn)帲瑳]有一項(xiàng)這樣的法案獲得通過,而到了1978年底,這場(chǎng)媒體和立法恐慌就基本平息了。
為什么這場(chǎng)恐慌能在如此短的時(shí)間內(nèi)就獲得平息?通過舉行一系列的評(píng)估會(huì)議,科學(xué)界出示了大量的證據(jù),讓公眾們相信,只要遵循國(guó)家衛(wèi)生院制定的規(guī)則,重組DNA技術(shù)就是安全的。同時(shí),科學(xué)界也讓公眾們明白,以重組DNA技術(shù)為代表的遺傳工程不僅能夠幫助科學(xué)家們從事生物醫(yī)學(xué)方面的基礎(chǔ)研究,而且有著與公眾切身利益息息相關(guān)的應(yīng)用前景。這些應(yīng)用前景包括:將人的基因重組進(jìn)細(xì)菌質(zhì)粒,讓細(xì)菌大量地生產(chǎn)具有重大醫(yī)療價(jià)值的生物制劑;改良農(nóng)作物,使它們能抵抗蟲害、疾病或具有固氮能力;檢測(cè)、治療人的遺傳病。生物學(xué)家們很快用實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明他們并不是在開空頭支票。1977年秋天,波義耳實(shí)驗(yàn)室用重組細(xì)菌合成人生長(zhǎng)激素抑制素,證明了用細(xì)菌合成人體蛋白質(zhì)是可能的。1978年,Genentech公司的科學(xué)家首先把人胰島素基因克隆進(jìn)大腸桿菌,并成功地讓大腸桿菌合成人胰島素。1979年和1980年,人生長(zhǎng)激素和人干擾素也先后在重組細(xì)菌中合成出來。1982年,重組人胰島素成為第一種獲準(zhǔn)上市的重組DNA藥物。
1980年,分子生物學(xué)家首次把外源DNA結(jié)合進(jìn)了植物細(xì)胞中。由于從一個(gè)植物細(xì)胞就可以克隆出一株植物,因此這個(gè)結(jié)果意味著人們很快就可以培育出轉(zhuǎn)基因植物。3年后,第一種轉(zhuǎn)基因植物(一種攜帶了抵抗抗生素基因的煙草)誕生了。1985年,能抗蟲害、病害的轉(zhuǎn)基因作物開始了田間試驗(yàn)。1992年,中國(guó)種植了世界上第一批商用轉(zhuǎn)基因作物——轉(zhuǎn)基因煙草。1994年,市場(chǎng)上首次出現(xiàn)了轉(zhuǎn)基因食品,一種軟化緩慢的西紅柿。
目前,轉(zhuǎn)基因作物已得到廣泛的推廣、栽培和使用。最常見的是轉(zhuǎn)入抗除草劑基因,這樣的轉(zhuǎn)基因作物可以抵抗普通的、較溫和的除草劑,因此農(nóng)民用這類除草劑就可以除去野草,而不必采用那些毒性較強(qiáng)、較有針對(duì)性的除草劑。其次是轉(zhuǎn)入抗蟲害基因,用得最多的是從蘇云金芽孢桿菌克隆出來的一種基因,有了這種基因的作物會(huì)制造一種毒性蛋白,對(duì)其他生物無毒,但能殺死某些特定的害蟲,這樣農(nóng)民就可以減少噴灑殺蟲劑。轉(zhuǎn)基因技術(shù)也可用于改變食物的營(yíng)養(yǎng)成分,例如減少土豆的水分,這樣炸出來的土豆片更脆;降低植物油中的不飽和脂肪酸,能延長(zhǎng)儲(chǔ)存期限;消除蝦、花生、大豆中能導(dǎo)致過敏的蛋白質(zhì),這樣原來對(duì)蝦、花生、大豆過敏的人也可以放心地吃它們了。通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)讓水稻變成“金大米”,制造胡蘿卜素(在人體內(nèi)變成維生素A),有助于消滅在亞洲地區(qū)廣泛存在的維生素A缺乏癥。轉(zhuǎn)基因技術(shù)可提高稻米中鐵元素的含量,以減少以大米為主食的人群當(dāng)中常見的貧血癥,也可提高稻米的蛋白質(zhì)含量。在研究、開發(fā)中的其他項(xiàng)目還包括用轉(zhuǎn)基因技術(shù)讓作物具有抗旱、固氮、抗病能力等。
由于轉(zhuǎn)基因作物的巨大優(yōu)勢(shì),推廣非常快。全球已有25個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)了24種轉(zhuǎn)基因作物的商業(yè)化種植,種植面積由1996年的170萬公頃發(fā)展到2009年的1.34億公頃,14年間增長(zhǎng)了79倍。其中最常見的轉(zhuǎn)基因作物是轉(zhuǎn)基因大豆、棉花、玉米、油菜。轉(zhuǎn)基因大豆已經(jīng)占全球大豆種植總面積的72%,轉(zhuǎn)基因棉花占全球棉花種植總面積的47%。美國(guó)是轉(zhuǎn)基因作物最大的生產(chǎn)國(guó),轉(zhuǎn)基因玉米、大豆、棉花都占種植面積的80%以上。美國(guó)也是轉(zhuǎn)基因食品最大的消費(fèi)國(guó),在美國(guó)市場(chǎng)上,大約70%的食品含有轉(zhuǎn)基因成分。
但是在轉(zhuǎn)基因作物迅速推廣的同時(shí),社會(huì)上也出現(xiàn)了反對(duì)的聲音。和重組DNA藥物的推廣不同的是,反對(duì)推廣轉(zhuǎn)基因作物的呼聲不僅沒有很快平息下去,反而在“環(huán)保組織”、政客的推動(dòng)下,愈演愈烈,并時(shí)不時(shí)地引起社會(huì)恐慌。