Varför vi behöver genetiskt modifierade livsmedel

Tecken på senblodsjuka dyker upp plötsligt men förutsägbart i Irland så snart sommarvädret blir fuktigt, sporer av den svampliknande växtpatogenen sveper över de öppna gröna fälten och landar på potatisplantornas blöta blad. I år började det regna i början av augusti. Inom flera veckor hade sena röta angripit en liten potatisplocka i hörnet av det snygga gallret av testplanteringar vid Teagasc, Irlands jordbruksbyrås högkvarter i Carlow.

Det är nu mer än en månad efter att potatisplantorna först slogs och fortfarande några veckor innan skörden ska skördas. Ett stort hus på landet, som inrymmer Teagascs verksamhet, har utsikt över fältförsöken, och välklädda irländska och EU-byråkrater susar in och ut. En stor del av den vidsträckta byggnaden byggdes på 1800-talet, under den värsta hungersnöden som utlöstes när matsmältningen ödelade Irlands potatisskörd. Sådan hungersnöd ligger långt tillbaka i tiden, men växtsjukdomen är fortfarande en kostsam plåga för landets bönder, som kräver att de ofta sköljer sina skördar med svampmedel. Som en del av ett EU-omfattande projekt som heter Amiga för att studera effekterna av genetiskt modifierade (GM) växter, testar Teagasc-forskaren Ewen Mullins potatis som är konstruerad för att motstå svamp. (Se en video av Mullins och GM-potatis i Irland längst ner på den här sidan eller här .)

Den här historien var en del av vårt januarinummer 2014

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Det är blåsigt, och även om sommaren är över är det fortfarande varmt och fuktigt. Perfekt väder för blödning, säger Mullins. Han böjer sig över de konventionellt odlade plantorna och drar bestämt tillbaka de vissna stjälkarna och löven för att visa att knölarna, halvexponerade i marken, är ärrade med svarta fläckar. Sedan plockar han i ett grönt blad från en av de genmanipulerade växterna, som har modifierats med en smutsresistent gen från en vildpotatis som växer i Sydamerika. Potatisplantans försvar har bekämpat sporerna och gjort dem ofarliga. Anläggningen, säger Mullins helt enkelt, har presterat bra.

Det är andra året av vad som är planerat att vara treåriga fältförsök. Men även om resultaten från nästa år är lika uppmuntrande, har Teagasc inte för avsikt att ge bönder tillgång till anläggningen, som utvecklades av forskare vid Wageningen University i Nederländerna. Sådana genetiskt modifierade grödor är fortfarande kontroversiella i Europa, och endast två är godkända för plantering i EU. Även om Mullins och hans kollegor är angelägna om att lära sig hur blödning påverkar den genetiskt modifierade potatisen och huruvida plantorna kommer att påverka markmikrober, är distributionen av den modifierade växten i Irland, åtminstone för nu, en nonstarter.

Ändå ger Carlows fält en lockande bild av hur genetiskt modifierade grödor kan hjälpa till att skydda världens livsmedelsförsörjning. Bright-resistent potatis skulle vara en av de första stora livsmedel som är genetiskt modifierade för att inkorporera försvar mot växtsjukdomar, som årligen förstör cirka 15 procent av världens jordbruksskörde. Trots den kraftiga användningen av svampdödande medel, förstör sena växtsjukdomar och andra växtsjukdomar uppskattningsvis en femtedel av världens potatis, ett livsmedel som odlas alltmer i Kina och Indien. Stamrost, en svampsjukdom hos vete, har spridit sig genom stora delar av Afrika och den arabiska halvön och hotar nu de stora växande regionerna i centrala och södra Asien, som producerar cirka 20 procent av världens vete. Bananer, som är en primär matkälla i länder som Uganda, förstörs ofta av vissnesjuka. I alla dessa fall har genteknik potential att skapa sorter som är mycket bättre för att stå emot angreppen.

GM-potatis kan också leda till en ny generation biotekniska livsmedel som säljs direkt till konsumenterna. Även om transgen majs, sojabönor och bomull – mestadels framtagen för att motstå insekter och herbicider – har planterats i stor omfattning sedan slutet av 1990-talet i USA och i en mängd andra stora jordbruksländer, inklusive Brasilien och Kanada, går majs- och sojabönsodlingarna främst till djurfoder, biobränslen och matoljor. Inga genetiskt modifierade sorter av ris, vete eller potatis odlas i stor utsträckning, eftersom motstånd mot sådana livsmedel har avskräckt investeringar i att utveckla dem och eftersom utsädesföretag inte har hittat sätt att tjäna den sortens pengar på de grödor som de gör på genetiskt modifierade majs och sojabönor.

Torka, skadliga stormar och mycket varma dagar tar redan en vägtull på skördarna.

Med den globala befolkningen som förväntas nå mer än nio miljarder år 2050, kan dock världen snart vara hungrig på sådana sorter. Även om jordbruksproduktiviteten har förbättrats dramatiskt under de senaste 50 åren, fruktar ekonomer att dessa förbättringar har börjat avta i en tid då efterfrågan på mat, driven av det större antalet människor och den växande aptiten hos rikare befolkningar, förväntas stiga mellan 70 och 100 procent vid mitten av seklet. I synnerhet visar de snabba ökningarna av ris- och veteskördarna som hjälpt till att föda världen i decennier tecken på att sakta ner, och produktionen av spannmål kommer att behöva mer än fördubblas till 2050 för att hänga med. Om trenden fortsätter kan produktionen vara otillräcklig för att möta efterfrågan om vi inte börjar använda betydligt mer mark, gödningsmedel och vatten.

Klimatförändringar kommer sannolikt att förvärra problemet mycket värre, vilket leder till högre temperaturer och, i många regioner, blötare förhållanden som sprider angrepp av sjukdomar och insekter till nya områden. Torka, skadliga stormar och mycket varma dagar tar redan en vägtull på skördarna, och frekvensen av dessa händelser förväntas öka kraftigt när klimatet värms upp. För jordbrukare kan effekterna av klimatförändringarna enkelt uttryckas: vädret har blivit mycket mer oförutsägbart och extremväder har blivit mycket vanligare.

Det centrala höglandet i Mexiko upplevde till exempel sina torraste och blötaste år på rekord rygg mot rygg 2011 och 2012, säger Matthew Reynolds, en vetefysiolog vid International Maize and Wheat Improvement Center i El Batán. Sådan variation är oroande och mycket dåligt för jordbruket, säger han. Det är extremt utmanande att avla för det. Om du har ett relativt stabilt klimat kan du odla grödor med genetiska egenskaper som följer en viss profil av temperaturer och nederbörd. Så fort du hamnar i ett tillstånd av förändring är det mycket svårare att veta vilka egenskaper du ska rikta in dig på.

En fördel med att använda genteknik för att hjälpa grödor att anpassa sig till dessa plötsliga förändringar är att nya sorter snabbt kan skapas. Att skapa en potatissort genom konventionell förädling tar till exempel minst 15 år; att producera en genetiskt modifierad sådan tar mindre än sex månader. Genetisk modifiering gör det också möjligt för växtförädlare att göra mer exakta förändringar och dra från en mycket större variation av gener, hämtade från växternas vilda släktingar eller från olika typer av organismer. Växtforskare är noga med att notera att ingen magisk gen kan infogas i en gröda för att göra den torktolerant eller för att öka dess avkastning - även resistens mot en sjukdom kräver vanligtvis flera genetiska förändringar. Men många av dem säger att genteknik är en mångsidig och viktig teknik.

Det är en överväldigande logisk sak att göra, säger Jonathan Jones, en forskare vid Sainsbury Laboratory i Storbritannien och en av världens ledande experter på växtsjukdomar. Den kommande pressen på jordbruksproduktionen, säger han, [är] verklig och kommer att påverka miljontals människor i fattiga länder. Han tillägger att det skulle vara perverst att avvisa med genetisk modifiering som ett verktyg.

Det är en uppfattning som delas av de ansvariga för att utveckla morgondagens grödor. På den nuvarande nivån av jordbruksproduktion finns det tillräckligt med mat för att mata världen, säger Eduardo Blumwald, en växtforskare vid University of California, Davis. Men när befolkningen når nio miljarder? han säger. Inte en chans.

Misslyckade löften

Löftet att genetiskt modifierade grödor skulle kunna bidra till att mata världen är minst lika gammalt som kommersialiseringen av de första transgena fröna i mitten av 1990-talet. Företagen som hjälpte till att förvandla genetiskt modifierade grödor till en mångmiljardaffär, inklusive de stora kemiföretagen Monsanto, Bayer och DuPont, marknadsförde tekniken som en del av en life science-revolution som kraftigt skulle öka livsmedelsproduktionen. Hittills har det visat sig, av flera skäl, ha varit ett lite tomt löfte.

Naturligtvis är biotekniska grödor en enorm kommersiell framgång i vissa länder. Tanken är enkel men övertygande: genom att infoga en främmande gen som härrör från till exempel bakterier i majs, kan du ge växten en egenskap som den annars inte skulle ha. Undersökningar uppskattar att mer än 170 miljoner hektar av sådana transgena grödor odlas över hela världen. I USA har majoriteten av majs, sojabönor och bomull som planterats konstruerats med en gen från jordbakterien Bacillus thuringensis —Bt—för att avvärja insekter eller med en annan bakteriegen för att motstå herbicider. Över hela världen är 81 procent av sojabönorna och 35 procent av majsen som odlas biotekniska sorter. I Indien godkändes Bt-bomull för mer än ett decennium sedan och står nu för 96 procent av den bomull som odlas i landet.

Ändå är det inte klart om den boomen i transgena grödor har lett till ökad livsmedelsproduktion eller lägre priser för konsumenterna. Ta majs till exempel. I USA är 76 procent av skörden genetiskt modifierad för att stå emot insekter och 85 procent tål att besprutas med ogräsmedel. Sådan majs har utan tvekan varit en välsignelse för jordbrukare, minskat användningen av bekämpningsmedel och ökat avkastningen. Men lite av den amerikanska majsproduktionen används direkt till mänsklig mat; cirka 4 procent går till majssirap med hög fruktoshalt och 1,8 procent till spannmål och andra livsmedel. Genetiskt modifierad majs och sojabönor är så lönsamma att amerikanska bönder har börjat ersätta dem med vete: cirka 56 miljoner hektar vete planterades 2012, en minskning från 62 miljoner år 2000. När utbudet sjönk steg priset på en skäppa vete till nästan 8 USD 2012, från 2,50 USD 2000.

Hittills innehåller den korta listan över transgena grödor som används direkt till mat virusresistent papaya odlad på Hawaii, Bt sockermajs som nyligen kommersialiserats i USA av Monsanto, och några sorter av squash som motstår växtvirus. Den listan kan dock vara på väg att växa. Den indonesiska jordbruksmyndigheten förväntar sig att snart godkänna en växtresistent potatis, och JR Simplot, en jordbruksleverantör baserad i Boise, Idaho, hoppas kunna kommersialisera sin egen version till 2017. Monsanto, som övergav ett försök att utveckla GM-vete 2004, köpte ett vetefröföretag 2009 och försöker nu igen. Och Cornell-forskare arbetar med medarbetare i Indien, Bangladesh och Filippinerna, länder där aubergine är en stapelvara, för att göra en insektsresistent form av grönsaken tillgänglig för bönder.

Endast en handfull stora företag har råd med risken och kostnaden för att kommersialisera GMO.

Dessa biokonstruerade versioner av några av världens viktigaste livsmedelsgrödor kan hjälpa till att uppfylla de första förhoppningarna om genetiskt modifierade organismer, eller GMO. Men de kommer också nästan säkert att hetta upp debatten om tekniken. Motståndare oroar sig för att införande av främmande gener i grödor kan göra mat farlig eller allergiframkallande, även om mer än 15 års erfarenhet av transgena grödor inte har avslöjat några hälsofaror, och inte heller en serie vetenskapliga studier. Mer trovärdigt antyder belackare att tekniken är ett knep av jätteföretag, särskilt Monsanto, för att sälja fler ogräsmedel, dominera jordbruksförsörjningskedjan och lämna bönder beroende av dyra transgena frön. Den mest övertygande kritiken kan dock helt enkelt vara att befintliga transgena grödor inte har gjort mycket för att garantera framtiden för världens livsmedelsförsörjning inför klimatförändringar och en växande befolkning.

Den första generationen av insektsresistenta och herbicidtoleranta grödor erbjuder få nya egenskaper, såsom torktolerans och sjukdomsresistens, som kan hjälpa växterna att anpassa sig till förändringar i väder och sjukdomsmönster, erkänner Margaret Smith, professor i växtförädling och genetik. vid Cornell University. Ändå säger hon att det inte finns någon giltig anledning att avfärda tekniken eftersom växtforskare tävlar om att öka grödans produktivitet. Forskare står inför en skrämmande avelsutmaning, säger Smith. Vi kommer att behöva en andra generation av transgena grödor. Det skulle vara ett misstag att utesluta detta verktyg eftersom de första produkterna inte åtgärdade de stora problemen.

Att utveckla grödor som bättre kan motstå klimatförändringar kommer inte att vara lätt. Det kommer att kräva växtforskare att konstruera komplexa egenskaper som involverar flera gener. Varaktig sjukdomsresistens kräver vanligtvis en serie genetiska förändringar och detaljerad kunskap om hur patogener angriper växten. Egenskaper som tolerans mot torka och värme är ännu svårare, eftersom de kan kräva grundläggande förändringar av växtens fysiologi.

Klarar gentekniken uppgiften? Ingen vet. Men de senaste genombrotten är uppmuntrande. Forskare har sekvenserat genomen av grödor som ris, potatis, bananer och vete. Samtidigt innebär framsteg inom molekylärbiologin att gener kan raderas, modifieras och infogas med mycket större precision. I synnerhet nya genomteknikverktyg kända som Talens och Crispr tillåter genetiker att redigera växt-DNA, ändra kromosomerna precis där de vill.

Exakta redigeringar

Verkstaden intill raderna av växthus i utkanten av Cornells campus i Ithaca, New York, luktar unket och fuktigt från lådorna med potatis. Det är mindre än en mil från universitetets molekylärbiologilabb, men det du ser är transportband av trä, trådskärmar och vattenslangar. Walter De Jong sorterar och dimensionerar skördad potatis som en del av ett flerårigt arbete för att komma fram till en ännu bättre sort för regionens odlare. Lådor är fyllda med potatis — vissa små och runda, andra stora och missformade. På frågan om vilka egenskaper som är viktiga för konsumenterna ler han smygt och säger: Utseende, utseende, utseende.

Frågan om hur han känner inför ansträngningarna att utveckla transgen potatis är inte lika lätt att besvara. Det är inte så att De Jong är emot genteknik. Som potatisförädlare är han väl insatt i konventionella metoder för att introducera nya egenskaper, men han har också en doktorsexamen i växtpatologi och har forskat mycket inom molekylärbiologi; han vet vilka möjligheter avancerad genetik öppnar upp. I nordöstra USA är en mängd potatis optimerad för en radie på cirka 500 mil, med hänsyn till växtsäsongens längd och vädret i området. Klimatförändringar innebär att dessa odlingszoner förskjuts, vilket gör odling av grödor som att lösa ett pussel där bitarna rör sig. Den hastighet som genetisk modifiering erbjuder skulle hjälpa. Men, säger De Jong avvisande, jag förväntar mig inte att använda [transgen] teknologi. Jag har inte råd.

Odling av GM-potatis vid Teagasc börjar med en GM-planta som odlas i en vävnadskultur (1); det överförs till ett växthus (2) och så småningom till fältförsök (3). De skördade knölarna verkar friska och fria från smuts (4).

Det är en märklig situation, säger han. Forskare vid offentliga och akademiska forskningsinstitutioner har gjort mycket av arbetet med att identifiera gener och förstå hur de kan påverka egenskaper hos växter. Men de utdragna testnings- och regleringsprocesserna för genetiskt modifierade grödor, och risken för att konsumenterna avvisar dem, gör att endast en handfull stora företag har råd med kostnaden och risken för att utveckla dem, säger han.

Men De Jong blir plötsligt animerad när han får frågan om de nyaste genomteknikverktygen. Det här har jag väntat på hela min karriär, säger han och slår upp händerna. Så länge jag har varit en potatisforskare har jag velat ha två saker: ett sekvenserat potatisgenom och förmågan att modifiera genomet efter behag. Över hela campus driver De Jong också ett molekylärbiologiskt labb, där han har identifierat DNA-sekvensen som är ansvarig för rött pigment i potatisknölar. Snart kan det vara möjligt att exakt ändra den sekvensen i en potatiscell som sedan kan odlas till en växt: Om jag hade en vit potatis ville jag bli röd, jag kunde bara redigera en eller två nukleotider och få den färg jag vill ha . Växtförädling är inte konsten att blanda runt gener, förklarar De Jong. I princip har all potatis samma gener; vad de har är olika versioner av generna – alleler. Och alleler skiljer sig från varandra i några få nukleotider. Om jag kan redigera de få nukleotiderna, varför odla för [en egenskap]? Det har varit den heliga gralen inom växtgenetik under lång tid.

Ett problem med konventionella gentekniker är att de lägger till gener på ett oförutsägbart sätt. Den önskade genen sätts in i målcellen i en petriskål med antingen en växtbakterie eller en genpistol som fysiskt skjuter en liten partikel täckt med DNA. När molekylerna väl är i cellen sätts den nya genen in i kromosomen slumpmässigt. (Den transformerade cellen odlas i en vävnadskultur för att bli en planta och så småningom en växt.) Det är omöjligt att kontrollera precis var genen tillsätts; ibland hamnar det på en plats där det kan uttryckas effektivt, och ibland inte. Tänk om du exakt kunde rikta in dig på fläckar på växtens kromosom och lägga till nya gener precis där du vill ha dem, slå ut befintliga eller modifiera gener genom att byta några specifika nukleotider? De nya verktygen gör det möjligt för forskare att göra just det.

Talens, ett av de mest lovande av dessa genomteknikverktyg, inspirerades av en mekanism som används av en bakterie som infekterar växter. Växtpatologer identifierade proteinerna som gör det möjligt för bakterien att lokalisera målväxtens DNA och hittade sätt att konstruera dessa proteiner för att känna igen vilken önskad sekvens som helst; sedan fusionerade de dessa proteiner med nukleaser som skär DNA, vilket skapade ett exakt redigeringsverktyg. En växtbakterie eller genpistol används för att få in verktyget i växtcellen; väl inuti, nollställer proteinerna en specifik DNA-sekvens. Proteinerna levererar nukleaserna till en exakt plats på kromosomen, där de klyver växtens DNA. Reparation av den trasiga kromosomen gör att nya gener kan infogas eller andra typer av modifieringar kan göras. Crispr, en ännu nyare version av tekniken, använder RNA för att nollställa de riktade generna. Med både Talens och Crispr kan molekylärbiologer modifiera till och med några få nukleotider eller infoga och radera en gen exakt var de vill på kromosomen, vilket gör förändringen mycket mer förutsägbar och effektiv.

En implikation av de nya verktygen är att växter kan genetiskt modifieras utan tillsats av främmande gener. Även om det är för tidigt att säga om det kommer att förändra den offentliga debatten om GMO, indikerar tillsynsmyndigheter - åtminstone i USA - att grödor som modifierats utan främmande gener inte behöver granskas lika noggrant som transgena grödor. Det kan avsevärt minska tiden och kostnaden det tar att kommersialisera nya varianter av genetiskt framställda livsmedel. Och det är möjligt att kritiker av bioteknik kan göra en liknande skillnad och tolerera genetiskt modifierade grödor så länge de inte är transgena.

Dan Voytas, chef för genomteknikcentret vid University of Minnesota och en av Talens uppfinnare, säger att en av hans främsta motiv är behovet av att mata ytterligare två miljarder människor i mitten av seklet. I en av sina mest ambitiösa ansträngningar, centrerad vid International Rice Research Institute i Los Baños, Filippinerna, samarbetar han med ett världsomspännande nätverk av forskare för att skriva om risets fysiologi. Ris och vete, liksom andra spannmål, har vad botaniker kallar C3-fotosyntes, snarare än den mer komplexa C4-versionen som majs och sockerrör har. C4-versionen av fotosyntes använder vatten och koldioxid mycket mer effektivt. Om projektet blir framgångsrikt kan skörden av både ris och vete öka i regioner som blir varmare och torrare till följd av klimatförändringarna.

Att skriva om kärnan i en anläggning är inte en trivial uppgift. Men Voytas säger att Talens kan vara ett värdefullt verktyg - både för att identifiera de genetiska vägarna som kan justeras och för att göra de många nödvändiga genetiska förändringarna.

Trycket att hjälpa till att föda den växande befolkningen i en tid då klimatförändringarna gör mer mark marginell för jordbruket är den börda som växtbiologer bär, säger Voytas. Men han är optimistisk. Under en stor del av de senaste 50 åren, påpekar han, har grödors produktivitet ökat upprepade gånger, hänförlig först till användningen av hybridfrön, sedan till de nya växtsorter som introducerades under den så kallade gröna revolutionen, och till och med till de första GM-plantorna . Införandet av de nya genomteknikverktygen, säger han, kommer att bli en annan brytpunkt.

Om han har rätt kan det vara precis i tid.

Värmebölja

För agronomer, växtförädlare och lantbrukare handlar det om skörd - mängden en gröda producerar på en hektar. De anmärkningsvärda ökningarna av skörden som började i mitten av 1900-talet är huvudorsaken till att vi har tillräckligt med mat för att gå från att föda tre miljarder människor 1960 till att föda sju miljarder 2011 med endast en liten ökning av mängden mark som odlas . Kanske mest berömd, den gröna revolutionen ledd av den Iowafödde växtpatologen och genetikern Norman Borlaug ökade avsevärt skördarna av vete, majs och ris i många delar av världen. Det gjorde det, delvis, genom att introducera mer produktiva grödor, med början i Mexiko och sedan i Pakistan, Indien och andra länder. Men under åtminstone det senaste decenniet verkar ökningarna i skörden av vete och ris ha avtagit. Avkastningen av vete, till exempel, växer med ungefär 1 procent årligen; de behöver öka nästan 2 procent årligen för att hålla jämna steg med efterfrågan på livsmedel på lång sikt. Jordbruksexperter varnar för att skördarna måste förbättras även för andra grödor om vi ska kunna föda en snabbt växande befolkning – och ändå kommer stigande temperaturer och andra effekter av globala klimatförändringar att göra detta svårare att uppnå.

David Lobell, professor i miljövetenskaplig jordsystem vid Stanford University, har ett lugnt uppträdande som motsäger hans dystra budskap om hur den globala uppvärmningen redan påverkar grödor. Effekterna av klimatförändringar på jordbruket har diskuterats flitigt, men nyligen har Lobell och hans medarbetare klargjort prognoserna genom att gå igenom historiska register över väder och jordbruksproduktion. De fann att från 1980 till 2008 sänkte klimatförändringarna skördarna av vete och majs; avkastningen steg fortfarande under den tiden, men den totala produktionen var 2 till 3 procent mindre än den skulle ha varit om inte för den globala uppvärmningen. Detta har gällt i de flesta regioner där majs och vete odlas.

Fyndet är häpnadsväckande eftersom det tyder på att den globala uppvärmningen redan har haft en betydande inverkan på livsmedelsproduktionen och kommer att göra en ännu större skillnad när klimatförändringarna intensifieras. Allt som gör att avkastningen [tillväxt] planar ut är ett bekymmer, säger Lobell. Och medan den totala skörden av vete och majs fortfarande ökar, säger han, blir klimatförändringen ett problem långt innan du har negativa avkastningstrender.

Ännu mer oroande, Lobell och hans medarbetare Wolfram Schlenker, ekonom vid Columbia University, har hittat bevis för att i fallet med flera viktiga grödor är den negativa effekten av global uppvärmning starkare kopplad till antalet extremt varma dagar än till ökningen. i medeltemperaturer under en säsong. Om det är sant kan tidigare forskning ha underskattat effekterna av klimatförändringar kraftigt genom att bara titta på medeltemperaturer.

Schlenkers beräkningar visar stadiga ökningar av skörden av majs och soja när temperaturen stiger från 10 °C till 20-talet – men vid cirka 29 °C för majs och 30 °C för sojabönor drabbas grödorna hårt och skördarna sjunker dramatiskt. I efterföljande arbete visade Lobell att varma dagar gjorde mycket mer skada på vete i norra Indien än vad man tidigare trott.

Jordbrukets avkastning måste förbättras om vi ska kunna föda en snabbt växande befolkning.

En överraskande och oroande detalj i forskningen, säger Schlenker, är att grödor och bönder inte verkar ha anpassat sig till den ökade frekvensen av varma dagar. Det som förvånade mig mest och borde informera oss framöver, säger han, är att det har skett enorma framsteg inom jordbruksuppfödningen – medelskörden har ökat mer än tredubblats sedan 1950-talet – men om man tittar på känsligheten för extrem värme verkar det som vara lika illa som det var på 1950-talet. Vi måste ha grödor som är bättre på att hantera varma klimat. Under värmeböljan som drabbade stora delar av USA 2012, säger han, sjönk skördarna av majs med 20 procent, och 2012 är inte så ovanligt ett år jämfört med vad klimatmodellerna förutspår kommer att bli en ny normal ganska snart.

Det är möjligt att växter helt enkelt är hårdkopplade för att stängas av vid temperaturer över 30 °C. Schlenker säger faktiskt att han inte är övertygad om att grödor kan konstrueras för att anpassa sig till den ökade frekvensen av varma dagar, även om han hoppas att han har fel. Likaså vill Lobell att hans arbete bättre definierar vilka aspekter av klimatförändringarna som skadar grödor och på så sätt hjälpa till att rikta in sig på de nödvändiga genetiska förändringarna. Men, precis som Schlenker, är han osäker på om genetik kan ge mycket av ett svar.

I Kaliforniens Central Valley, ett av världens mest produktiva jordbruksområden, erkänner UC Davis Blumwald att forskare aldrig har fött upp påfrestningar som torka och värme. Men han siktar på att ändra på det. Genom att infoga en kombination av gener för tolerans mot värme, torka och hög jordsalthalt i ris och andra växter skapar Blumwald grödor som åtminstone har vissa fördelar under extrema väderförhållanden, särskilt under viktiga tider i deras tillväxtcykel.

Utmaningen är att undvika att minska skörden under goda odlingsförhållanden. Så Blumwald har identifierat ett protein som aktiverar de insatta generna endast under ogynnsamma förhållanden. Det finns inget botemedel mot torka. Om det inte finns något vatten dör växten. Jag är ingen trollkarl, säger han. Vi vill bara fördröja stressreaktionen så länge som möjligt för att behålla skörden tills vattnet kommer.

Dagligt bröd

Ett fält strax norr om London på grunden av Rothamsted Research, som räknas som världens äldsta jordbruksforskningsstation (grundad 1843), är en av fokuspunkterna i Europas fortsatta kamp om genetiskt modifierade livsmedel. Kontroversen här handlar om ett 80 gånger 80 meter stort vetefält, en del av det genetiskt modifierat för att producera ett hormon som stöter bort bladlöss, en vanlig skadeinsekt. 2012 klättrade en demonstrant upp på ett lågt staket och strödde ut konventionella vetefrön bland GM-växterna i ett försök att sabotera rättegången. Forskarna vid Rothamsted lät dammsuga upp fröna, anlitade flera extra säkerhetsvakter och byggde ett andra staket, det här tre meter högt och toppat med ett krökt överhäng för att förhindra att det skalas. Senare marscherade några hundra demonstranter arm i arm till kanten av det inhägnade fältet innan de stoppades av polisen.

Uppståndelsen vid Rothamsted är bara ett tips om att nästa stora GMO-kontrovers kan involvera transgent vete. Vete är trots allt världens mest planterade gröda, och står för 21 procent av de kalorier som konsumeras globalt. Att blanda sig i ett spannmål som gör det dagliga brödet för otaliga miljoner runt om i världen skulle vara särskilt stötande för många motståndare till genetiskt modifierade livsmedel. Vete är dessutom en råvara som säljs på världsmarknaderna, så ett godkännande av GM-vete i ett ledande exportland skulle sannolikt få återverkningar på livsmedelsmarknaderna överallt.

Vete är också symboliskt för de kamper som jordbruket står inför när det försöker hålla jämna steg med en växande befolkning och ett förändrat klimat. Inte bara har ökningen av skörden börjat avta, utan vete är särskilt känsligt för stigande temperaturer och odlas i många regioner, som Australien, som är utsatta för svår torka. Vad mer är, vete är sårbart för en av världens mest fruktade växtsjukdomar: stamrost, som hotar det bördiga området i Pakistan och norra Indien, känt som Indo-Gangetic Plain. Konventionella förädlingstekniker har gjort anmärkningsvärda framsteg mot dessa problem, och producerat sorter som är alltmer torktoleranta och sjukdomsresistenta. Men bioteknik erbjuder fördelar som inte bör ignoreras.

Klimatförändringar förändrar inte [utmaningen för växtförädlare], men det gör det mycket mer brådskande, säger Walter Falcon, biträdande chef för Center on Food Security and the Environment i Stanford. Falcon var en av fotsoldaterna under den gröna revolutionen, som arbetade i de veteodlande regionerna i Pakistan och i Mexikos Yaqui Valley. Men han säger att de anmärkningsvärda produktivitetsökningarna som uppnåddes mellan 1970 och 1995 till stor del har spelat ut, och han oroar sig för om det teknikintensiva jordbruket i dessa regioner kan upprätthållas. Han säger att Yaqui-dalen förblir mycket produktiv – de senaste skördarna på sju ton vete per hektar förbluffar dig – men den kraftiga användningen av gödningsmedel och vatten tänjer på gränserna för nuvarande praxis. Likaså säger Falcon att han är orolig över hur klimatförändringarna kommer att påverka jordbruket i Indo-Gangetic Plain, hemmet för nästan en miljard människor.

På frågan om transgen teknologi kommer att lösa något av dessa problem, svarar han, jag håller inte andan och citerar både vetenskapliga skäl och motstånd mot GM-grödor. Men han förväntar sig framsteg inom genetisk teknologi under det kommande decenniet för att skapa vetesorter som är bättre rustade för att motstå skadedjur, högre temperaturer och torka.

Det är fullt möjligt att de första och mest dramatiska framstegen kommer att komma i att anpassa grödor till de skiftande sjukdomsmönstren. Och som Teagascs Ewen Mullins uttrycker det, om du vill studera växtsjukdomar kommer du till Irland.

Hundra kilometer från de idylliska fälten i Carlow utvecklar Fiona Doohan, växtpatolog vid University College Dublin, vetesorter som står emot lokala sjukdomar och försöker förstå hur växtpatogener kan utvecklas med klimatförändringarna. På skolans lantbruksförsöksstation använder hon odlingskammare där koncentrationen av koldioxid kan justeras för att efterlikna de högre nivåerna som förväntas år 2050. Experimenten har gett en otäck överraskning. När vete och de patogener som vanligtvis drabbar det placeras i kammaren med de ökade nivåerna av koldioxid, förblir växten resistent mot svampen. Men när båda odlas separat genom flera generationer under 2050-förhållanden och sedan placeras tillsammans, säger Doohan, kraschar växterna. Detta antyder, olycksbådande, att växtpatogener kan vara mycket bättre och snabbare än vete på att anpassa sig till ökad koldioxid.

Bredvid byggnaden finns en äppelträdgård med representanter för träd som odlats över hela Irland, inklusive arvegods som har planterats i århundraden. Doohan tittar förtjust på dem när hon går förbi, marken täckt av nedfallna äpplen. Längst ut i fruktträdgården finns en rad växthus, inklusive ett litet där man testar genmodifierade växter. Inuti finns ett särskilt lovande transgent vete som har visat sig vara resistent mot de typer av skorvsjukdom som är vanliga i Irland. Den nya genen ökar också växtens spannmålsproduktion, säger Doohan, som skapade sorten tillsammans med sina kollegor. Hon är helt klart nöjd med resultatet. Men, tillägger hon snabbt, det finns inga planer på att testa det genetiskt modifierade vetet ute på fältet i Irland, eller någon annanstans i Europa. Åtminstone för nu är den lovande vetesorten dömd att stanna kvar i växthuset.

Dölj