Aspekty biologiczne modyfikacji
Kukurydza jest kluczową uprawą GMO, w której zastosowano dwie główne kategorie modyfikacji: odporność na owady (szkodniki) oraz tolerancję na herbicydy. W przypadku kukurydzy pierwsze komercyjne odmiany GMO (wprowadzone w USA w 1996 r.) zawierały gen pochodzący od bakterii Bacillus thuringiensis (Bt) kodujący Cry1Ab – białko toksyczne dla gąsienic motyli, w szczególności dla omacnicy prosowianki (Ostrinia nubilalis), będącej poważnym szkodnikiem żerującym wewnątrz łodyg kukurydzy (Use and Impact of Bt Maize | Learn Science at Scitable) (Use and Impact of Bt Maize | Learn Science at Scitable). Taka kukurydza Bt stała się odporna na żerowanie omacnicy i innych larw żerujących na liściach i kolbach. Kilka lat później wprowadzono również geny Bt skierowane przeciw szkodnikom korzeni – np. Cry3Bb1 toksyczny dla larw chrząszczy stonki kukurydzianej (Diabrotica virgifera), która zjada korzenie kukurydzy (Use and Impact of Bt Maize | Learn Science at Scitable). Obecnie wiele odmian kukurydzy GMO ma geny stackowane (piramidowane) – to znaczy zawierają kombinacje dwóch lub więcej genów Bt, aby jednocześnie chronić przed różnymi grupami szkodników (np. gąsienicami i larwami chrząszczy) oraz opóźnić rozwój odporności szkodników (dzięki różnym mechanizmom toksycznego działania) (Use and Impact of Bt Maize | Learn Science at Scitable) (Use and Impact of Bt Maize | Learn Science at Scitable). Mechanizm działania toksyn Bt w kukurydzy jest analogiczny jak dla soi: roślina wytwarza w swoich tkankach białko Cry, które po spożyciu przez owada niszczy jego nabłonek jelitowy, powodując śmierć szkodnika, a jest obojętne dla innych organizmów (GMO Crops, Animal Food, and Beyond | FDA).
Druga główna modyfikacja kukurydzy to tolerancja na herbicydy, przede wszystkim na glifosat (odmiany Roundup Ready) i glufosynat amonowy. Mechanizmy uzyskania odporności są analogiczne jak w soi: w kukurydzy RR zastosowano gen CP4 EPSPS z bakterii, który nadaje odporność na glifosat (Herbicide Tolerance Technology: Glyphosate and Glufosinate | ISAAA.org), zaś w odmianach odpornych na glufosynat (np. system Liberty Link) wprowadzono gen enzymu PAT (fosfinotrycynowej acetylotransferazy) pochodzący z bakterii Streptomyces, detoksykujący ten herbicyd (Herbicide Tolerance Technology: Glyphosate and Glufosinate | ISAAA.org). W praktyce wiele komercyjnych hybryd kukurydzy GMO posiada obie cechy jednocześnie – i odporność na szkodniki (Bt), i tolerancję herbicydową – co daje rolnikom większą swobodę w ochronie plantacji.
W nowszych latach pojawiły się także odmiany kukurydzy GMO o innych cechach, np. odporność na suszę. Przykładem jest kukurydza MON87460 (handlowo DroughtGard), zawierająca gen kodujący białko cspB pochodzące z bakterii Bacillus subtilis, które pomaga roślinie lepiej znosić okresowy niedobór wody. Wprowadzono ją do upraw w USA w połowie lat 2010., choć jej efekty w plonie są stosunkowo niewielkie (rzędu kilku procent przy silnej suszy) ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ) ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ). Ogółem, pod względem biologicznym kukurydza GMO jest przykładem coraz bardziej zaawansowanych modyfikacji – od pojedynczych genów Bt i HT w latach 90., po linie wielocechowe (stacked) łączące 3-4 transgeny (np. dwie toksyny Bt na różne szkodniki plus dwa geny odporności na różne herbicydy) w jednej roślinie. Dzięki temu zapewnia się jednoczesną ochronę przed kilkoma zagrożeniami.
Warto zaznaczyć, że kukurydza jest gatunkiem obcopylnym (wiatropylnym), co rodzi szczególne kwestie biologiczne dot. GMO: przepływ genów. Pyłek kukurydzy GMO może przenosić transgeny na sąsiednie plantacje kukurydzy konwencjonalnej (lub do dzikich krewniaków, choć dla kukurydzy nie ma bliskich dziko rosnących krewnych). Wymaga to stosowania stref izolacji, jeśli chce się zachować rozdzielność upraw. Z punktu widzenia biologii populacji, takie krzyżowanie nie stanowi zagrożenia dla środowiska per se, ale ma znaczenie handlowe (może „zanieczyścić” pulę genową kukurydzy oznaczonej jako wolna od GMO). W USA czy Argentynie nie przywiązuje się do tego dużej wagi, natomiast w Europie (Hiszpania) uprawy kukurydzy Bt prowadzone są z większą ostrożnością, by uniknąć niepożądanej domieszki GMO w plonie sąsiadów.
Aspekty agronomiczne
Kukurydza GMO wniosła wyraźne korzyści agronomiczne, szczególnie w zakresie ochrony przed szkodnikami. Odmiany Bt kukurydzy pozwalają na znaczące ograniczenie zużycia insektycydów. Przed wprowadzeniem GMO rolnicy zmagali się np. z omacnicą prosowianką poprzez opryski insektycydami chemicznymi lub biopreparatami (w tym również preparatami Bt, ale aplikowanymi z zewnątrz). Te metody były kosztowne i nie zawsze skuteczne, ponieważ gąsienice ukryte wewnątrz łodyg są trudniej dostępne dla oprysku (Use and Impact of Bt Maize | Learn Science at Scitable). Dzięki kukurydzy Bt roślina broni się „od środka” – stała obecność toksyny w tkankach skutecznie redukuje populacje szkodników. W USA uprawa kukurydzy Bt obniżyła konieczność stosowania oprysków przeciw omacnicy i innym szkodnikom liściożernym praktycznie do zera (GMO Crops, Animal Food, and Beyond | FDA). Podobnie w przypadku kukurydzy chroniącej się przed larwami stonki korzeniowej – wcześniej farmerzy używali insektycydów doglebowych (granulatów) lub praktykowali częstą rotację upraw, aby ograniczyć szkody od larw w glebie. Teraz odmiany Bt (np. zawierające gen Cry3Bb1 lub Cry34/35Ab1) chronią korzenie, co zmniejsza wyleganie kukurydzy i utrzymuje wysoką absorpcję wody i składników przez rośliny (Use and Impact of Bt Maize | Learn Science at Scitable). Sumarycznie, straty plonu powodowane przez owady w kukurydzy znacznie spadły dzięki GMO – w niektórych regionach odnotowano wzrost plonów o kilka-kilkanaście procent właśnie z powodu redukcji uszkodzeń przez szkodniki ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ) ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ). Przykładowo, globalny zysk plonu przypisany kukurydzy GMO (głównie Bt) od 1996 do 2020 szacowany jest na blisko 595 milionów ton dodatkowej kukurydzy wyprodukowanej na świecie ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ). Gdyby nie te odmiany, należałoby zwiększyć areał upraw, by uzyskać taką ilość ziarna.
Kukurydza odporna na herbicydy uprościła i uelastyczniła walkę z chwastami w uprawie. Tradycyjnie kukurydzę odchwaszcza się mieszanką herbicydów przedwschodowych i powschodowych, często specyficznych dla wąskiego spektrum chwastów jednoliściennych i dwuliściennych. W odmianach GMO rolnik może zastosować w razie potrzeby glifosat lub glufosynat nawet już po wschodach, niszcząc wszystkie chwasty jednym zabiegiem (Herbicide Tolerance Technology: Glyphosate and Glufosinate | ISAAA.org) (Herbicide Tolerance Technology: Glyphosate and Glufosinate | ISAAA.org). To daje większą skuteczność i oszczędność czasu. Badania wskazują, że w większości krajów uprawiających kukurydzę HT główny efekt ekonomiczny to redukcja kosztów (mniej drogich specyficznych herbicydów, uproszczenie sprzętowe), zaś zmiany plonu są niewielkie – wyjątkiem są sytuacje silnego zachwaszczenia, gdzie lepsza kontrola chwastów przekłada się na wyższe zbiory ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ). W Argentynie np. zaobserwowano wzrost plonowania kukurydzy RR tam, gdzie wcześniej chwasty silnie konkurowały z roślinami uprawnymi ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ).
Uprawa kukurydzy GMO przyniosła też pewne wyzwania agronomiczne. Jednym z nich jest rozwój odporności szkodników na toksyny Bt. W ciągu kilkunastu lat od wprowadzenia odmian Bt odnotowano przypadki populacji omacnicy czy stonki, które stały się mniej wrażliwe na monokulturowe odmiany z pojedynczym genem Bt. Aby spowolnić ten proces, wprowadzono inne zasady tj. obszary z nie-Bt kukurydzą, by utrzymać populacje wrażliwe oraz zaczęto hodować odmiany z kilkoma genami Bt jednocześnie (co wymagałoby od owada równoczesnej ewolucji wielu mechanizmów odporności – znacznie mniej prawdopodobne) (Use and Impact of Bt Maize | Learn Science at Scitable) (Use and Impact of Bt Maize | Learn Science at Scitable). Mimo tych starań np. w południowo-zachodnich stanach USA odnotowano spadek skuteczności kukurydzy Bt przeciw niektórym populacjom stonki, co zmusiło rolników do powrotu do rotacji upraw lub stosowania dodatkowych środków.
Innym problemem jest pojawienie się chwastów odpornych także na stosowane herbicydy (zwłaszcza glifosat) – podobnie jak w soi. W regionach, gdzie kukurydza RR jest uprawiana w płodozmianie z soją RR (np. w USA, tzw. corn-belt), glifosat był stosowany corocznie na tych samych polach, co sprzyjało selekcji odpornych chwastów (jak amarantus szorstki w Stanach, odporny na glifosat). Reakcją przemysłu jest wprowadzanie odmian o wielokrotnej tolerancji (np. kukurydza odporna i na glifosat, i na 2,4-D jednocześnie) oraz zalecenia prowadzenia integrowanej ochrony chwastów.
Podsumowując, bilans agronomiczny kukurydzy GMO jest bardzo korzystny: wyższa efektywność produkcji poprzez ochronę plonu przed szkodnikami (co przełożyło się na dwucyfrowe wzrosty plonów w obszarach dotkniętych plagami owadów) ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ), mniejsze zużycie najbardziej toksycznych insektycydów (co sprzyja środowisku i zdrowiu rolników) oraz uproszczone odchwaszczanie pól. W krajach takich jak Hiszpania, gdzie uprawia się kukurydzę Bt, rolnicy raportują znacząco mniejsze straty z powodu omacnicy w porównaniu z rolnikami z sąsiedniej Francji, gdzie ta sama odmiana GMO była przez pewien czas zakazana – świadczy to o realnym, praktycznym znaczeniu tej technologii.
Aspekty społeczne i regulacyjne
Kukurydza GMO znajdowała się w centrum sporów politycznych i społecznych, szczególnie w Europie. Jest to roślina zarówno paszowa, jak i konsumpcyjna (ziarno kukurydzy bywa bezpośrednio spożywane w postaci kukurydzy cukrowej, popcornu, jest składnikiem produktów zbożowych, syropu glukozowo-fruktozowego itd.). W UE od końca lat 90. toczył się spór o dopuszczenie do uprawy kukurydzy MON810 (odmiana Bt chroniąca przed omacnicą). Mimo pozytywnych ocen naukowych (EFSA stwierdziła brak zagrożeń), kilka krajów wprowadziło klauzule zapobiegawcze blokujące jej uprawę ze względu na obawy środowiskowe. Obawy te dotyczyły m.in. wpływu na owady pożyteczne – głośna była dyskusja, czy pyłek kukurydzy Bt może szkodzić larwom motyla monarchy żywiącym się na mleczach w pobliżu pól. Badania wykazały, że ryzyko w warunkach polowych jest znikome (stężenie pyłku Bt na dzikich roślinach jest niskie), ale medialnie sprawa przyczyniła się do ostrożności opinii publicznej ( Genetically modified foods: safety, risks and public concerns—a review – PMC ). Innym wątkiem była potencjalna alergogenność nowych białek – jednak długotrwałe monitorowanie nie wykazało, by białka Bt czy EPSPS w kukurydzy wywoływały reakcje alergiczne u ludzi; są one zresztą obecne w śladowych ilościach w produktach końcowych, a obróbka (gotowanie, przetwarzanie) dodatkowo je degraduje.
W Stanach Zjednoczonych kwestie społeczne wokół kukurydzy GMO koncentrowały się raczej na prawie konsumentów do wiedzy i wyboru, co doprowadziło do wprowadzenia przepisów o etykietowaniu żywności zawierającej GMO. Od 2020 r. w USA obowiązuje National Bioengineered Food Disclosure Standard, który wymaga oznaczenia (słownego lub kodem QR) produktów spożywczych z kukurydzy, soji, itp., jeśli zawierają składniki z GMO (GMO Crops, Animal Food, and Beyond | FDA) (GMO Crops, Animal Food, and Beyond | FDA). Jednak zanim to nastąpiło, w społeczeństwie amerykańskim przez długi czas trwała kampania informacyjna i dezinformacyjna – np. według badań Pew Research z 2018 r. około połowa dorosłych Amerykanów uważała żywność GMO za mniej zdrową niż konwencjonalna, co wskazuje na utrzymujący się sceptycyzm (About half of U.S. adults are wary of health effects of GMOs). Inicjatywy takie jak GMO Answers czy działania FDA starały się edukować, że kukurydza GMO jest równie bezpieczna jak tradycyjna, co jest konsensusem naukowym potwierdzonym licznymi badaniami toksykologicznymi i żywieniowymi ( Genetically modified foods: safety, risks and public concerns—a review – PMC ).
Rolnicy również artykułowali swoje obawy społeczne: jedną z nich była kwestia ograniczenia dostępu do różnorodnych nasion. Na rynku kukurydzy – zdominowanym od dawna przez hybrydy komercyjne – wejście GMO dodatkowo skonsolidowało rynek nasienny wokół kilku korporacji (Monsanto, DuPont, Syngenta). Dla niektórych stało się to symbolem industrializacji rolnictwa, co budzi sprzeciw zwolenników tradycyjnych, lokalnych odmian. Doszły też obawy o utrzymanie czystości odmian lokalnych – np. w Meksyku, będącym centrum pochodzenia kukurydzy, aktywiści alarmowali, że importowana kukurydza GMO może niekontrolowanie krzyżować się z rodzimymi rasami, zagrażając ich genetycznemu dziedzictwu. W odpowiedzi Meksyk przez długi czas nie dopuszczał uprawy kukurydzy GMO (choć importował ziarno na paszę), a dopiero niedawno dyskusja ta została podjęta na nowo w kontekście nowych technologii i potrzeb produkcyjnych.
Regulatorzy w różnych krajach wypracowali różne podejścia. Unia Europejska pozwala na import wielu odmian kukurydzy GMO (po uprzedniej ocenie bezpieczeństwa), ale większość krajów zabrania ich wysiewu, poza kilkoma wyjątkami (Hiszpania, Portugalia uprawiają pewne areały kukurydzy Bt). Stany Zjednoczone, Brazylia, Argentyna, RPA, Filipiny – to przykłady państw, które zaakceptowały uprawę kukurydzy GMO na szeroką skalę. Chiny natomiast długo prowadziły tylko doświadczenia, a dopiero w połowie lat 2020. pojawiły się sygnały o możliwym zatwierdzeniu rodzimych odmian GMO (co byłoby przełomem, bo jako ogromny producent kukurydzy dotąd opierały się na konwencjonalnych odmianach). Z kolei Afryka – część krajów (RPA) szybko wdrożyła kukurydzę Bt z sukcesem, podczas gdy inne (Zambia, Zimbabwe) przez pewien czas nawet odmawiały przyjęcia pomocy żywnościowej w postaci kukurydzy GMO z obawy przed jej wysianiem i „skażeniem” lokalnego rolnictwa.
Społeczne postrzeganie kukurydzy GMO często zależy od stopnia, w jakim ludzie odczuwają bezpośredni kontakt z produktem. Ponieważ większość kukurydzy trafia do paszy zwierzęcej, biopaliw lub tysięcy przetworów (syropy, skrobie, alkohole) gdzie jej tożsamość jest „ukryta”, konsumenci rzadziej kojarzą ją z codziennym jedzeniem niż np. świeże warzywa. Nie zmienia to faktu, że kukurydza GMO stała się swego rodzaju symbolem globalnej debaty o GMO – zwłaszcza w kontekście konfliktu USA–UE dotyczącego barier handlowych na początku lat 2000 (WTO rozpatrywała sprawę moratorium UE na GMO). Wtedy to kukurydza i soja były w centrum uwagi jako towary, których Europa nie chciała u siebie uprawiać.
Aspekty ekonomiczne
Ekonomiczny wpływ upraw kukurydzy GMO jest bardzo znaczący zarówno na poziomie gospodarstwa, jak i rynku światowego. W przypadku kukurydzy mamy dwa główne źródła zysku dla rolnika: ochrona plonu (większy plon dzięki mniejszym stratom spowodowanym przez szkodniki) oraz oszczędności kosztów (mniej wydatków na pestycydy i uproszczona agrotechnika). Dla kukurydzy Bt analizy pokazują, że dominującym czynnikiem jest zwykle zwiększony plon, co bezpośrednio przekłada się na przychód. Według badań globalnych przeciętny rolnik uprawiający kukurydzę Bt uzyskiwał dodatkowo ok. +72 USD/ha rocznie w latach 1996–2020 ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ). Sumarycznie, globalny skumulowany wzrost dochodów farmerów z tytułu kukurydzy Bt w tym okresie oszacowano na 67,8 miliarda USD ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ). Tę ogromną kwotę stanowią setki tysięcy indywidualnych decyzji rolników, dla których uprawa GMO okazała się bardziej opłacalna. Co ważne, znaczna część tych korzyści przypadła rolnikom w krajach rozwijających się (np. RPA, Filipiny), którzy dzięki wyższym plonom kukurydzy poprawili swój dochód i bezpieczeństwo żywnościowe.
Jeśli chodzi o kukurydzę herbicydoodporną, jej wpływ finansowy jest nieco inny. Jak wspomniano, bezpośredni zysk z plonu nie jest duży (chyba że wcześniej plony mocno ograniczały chwasty), ale rolnicy oszczędzają na kosztach operacyjnych. W USA szacowano, że uprawa kukurydzy RR przyniosła kilkudziesięciodolarowe oszczędności na hektar dzięki zmniejszeniu wydatków na herbicydy selektywne i paliwo ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ). Część z tych oszczędności jest zjadana przez wyższy koszt nasion, jednak zwrot z inwestycji pozostaje dodatni – globalnie każdy 1 dolar wydany na nasiona GMO (w różnych uprawach) przynosi średnio 3–4 dolary dodatkowego zysku w plonie lub oszczędnościach ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ). W przypadku krajów rozwijających się ten stosunek bywa nawet korzystniejszy (tańsza siła robocza sprawia, że zaoszczędzony czas ma inną wartość, ale zysk z plonów jest bardzo cenny) ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ).
Na rynkach międzynarodowych kukurydza jest surowcem strategicznym (pasze, energia). Wzrost podaży kukurydzy dzięki GMO – jak się szacuje, dziesiątki milionów ton rocznie dodatkowo – wpłynął stabilizująco na ceny zbóż. Kraje eksportujące (USA, Argentyna, Brazylia) zwiększyły swoje wolumeny. Jednocześnie, pojawiła się segmentacja rynku: niektóre państwa lub firmy poszukują kukurydzy non-GMO (np. do produkcji żywności ekologicznej, czy dla konsumentów japońskich ceniących brak GMO w tofu z kukurydzy itp.), co tworzy niszowy rynek z nieco wyższymi cenami za produkt certyfikowany. Jednak dominujący handel światowy nie rozróżnia kukurydzy GMO – jest ona traktowana równorzędnie z konwencjonalną, pod warunkiem że spełnia normy (np. Unia Europejska wymaga, by każda partia importowanej kukurydzy GMO była dopuszczona do użytku w UE – co obecnie dotyczy kilkunastu odmian, więc handel jest możliwy). Problemy ekonomiczne mogą wystąpić, gdy do łańcucha dostaw trafi odmiana niezatwierdzona w danym regionie – tak było np. w 2000 r., kiedy kukurydza StarLink (odmiana GM do użytku paszowego) przypadkowo znalazła się w żywności, wywołując wycofanie produktów z rynku USA i wstrzymanie eksportu do Japonii.
Dla rolników uprawiających kukurydzę GMO jednym z aspektów ekonomicznych jest stabilność produkcji. Dzięki ochronie przed szkodnikami ich zbiory są mniej zmienne rok do roku (mniejsze ryzyko klęski spowodowanej np. gradacją owadów). Ta przewidywalność plonu ma wartość finansową – łatwiej planować kontrakty, spłaty kredytów itd. W Indiach np. hodowcy kukurydzy Bt (wprowadzona tam kilka lat temu) odnotowali, że straty powodowane przez gąsienice spadły niemal do zera, co ułatwia im wejście w systemy kontraktacyjne z firmami paszowymi. W Afryce natomiast planuje się, że GMO kukurydza może pomóc złagodzić wpływ szkodników takich jak Spodoptera (jesienna gąsienica, która ostatnio pustoszy pola) – co miałoby ogromny wpływ na bezpieczeństwo dochodów drobnych rolników.
Nie można pominąć kwestii kosztów regulacyjnych i badań. Wprowadzenie odmian GMO, w tym kukurydzy, jest obarczone potężnymi kosztami opracowania i zezwoleń (rzędu dziesiątek milionów dolarów na odmianę). To ogranicza liczbę graczy rynkowych zdolnych te koszty ponieść, co ma konsekwencje ekonomiczne – mniej konkurencji dostawców nasion. Dla rolnika efekt jest taki, że ceny nasion GMO mogą być utrzymywane wyżej niż wynikałoby tylko z kosztu produkcji, ze względu na ograniczoną konkurencję. W ostatnich latach następują jednak przemiany – niektóre patenty (np. na pierwszą generację kukurydzy Bt) wygasły, co umożliwia mniejszym firmom oferowanie tańszych nasion z tymi starszymi transgenami. Ponadto nowoczesne metody hodowlane jak edytowanie genomu (CRISPR) mogą w przyszłości dostarczyć odmiany o podobnych cechach bez formalnego statusu GMO (jeśli regulacje na to pozwolą), co zwiększyłoby konkurencję i mogło obniżyć ceny nasion.
Reasumując, kukurydza GMO przyczyniła się do wzrostu efektywności ekonomicznej produkcji rolnej. Rolnicy uzyskali wyższe dochody (łącznie dziesiątki miliardów USD dodatkowego dochodu od 1996 r.) ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ), a konsumenci pośrednio skorzystali na większej podaży i stabilności cen. Jednocześnie utrzymuje się dyskusja o podziale tych korzyści – czy w wystarczającym stopniu trafiają one do rolników i konsumentów, czy też nadmiernie do kieszeni korporacji. Dostępne analizy wskazują, że około 2/3 korzyści finansowych z GMO trafiło do samych rolników, a pozostała część do firm nasiennych oraz konsumentów (niższe ceny) ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ) ( Farm income and production impacts from the use of genetically modified (GM) crop technology 1996-2020 – PMC ).