基因改造對抗氣候變遷?最新研究:演進植物「種碳」能力有助減緩地球暖化

基因改造對抗氣候變遷?最新研究:演進植物「種碳」能力有助減緩地球暖化

 

 

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地球不斷發燒,如何加速減碳是當務之急。最新研究指出,常為人爭議的基因改造工程,或許現在可以派上用場,讓植物的根長得愈多、扎得愈深、把碳更穩定地「種」到土壤裡。

地球在發燒。這個夏天,許多歐洲城市寫下歷史高溫紀錄,美國數千萬人受到熱浪威脅,台灣的高溫也已經快從警報變成日常報導。同一時間,創新高的不只是最高溫,最低溫度也節節攀低。南半球的這個冬天,澳洲北部和南部邊遠地區都創下近5年的新低溫。

面對地球發燒、發冷、又有致命危險的慢性病症,這個月美國索爾克研究所(Salk Institute)科學家在《Cell》雜誌上發表的研究報告指出,透過基因編輯技術,讓植物的根長得愈多、扎得愈深、把碳更穩定地「種」到土壤裡,或許能為我們帶來一道來自科學領域的解方。

透過植物基因工程,把碳「種」到地底下

地球的碳以不同形式存在於大氣層、海洋、地殼和生物體裡。捕捉大氣裡過多的碳,將它換到其他地方長期封存,是減緩地球暖化的努力方向之一。除了能捕捉、封存燃煤發電廠、煉油廠、水泥廠…等排放的二氧化碳的技術外,多年來植物領域的相關研究也漸漸開花結果。

植物進行光合作用,捕捉大氣裡的二氧化碳,製造養分,它的根部具有碳捕獲和碳儲存裝置——軟木脂,能將碳留在不容易被土壤微生物分解的複雜有機物中,貯存在森林、農田、濕地…的地底下。根扎得愈深,碳就能更穩定地封存在更深的土壤下。雖然科學家很早就知道植物根部生長主要是受到賀爾蒙生長素的影響,但生長素如何影響根部系統成形,始終是個未解之謎。

美國索爾克研究所的植物生物學家以阿拉伯芥進行研究,發現了一個名為EXOCYST70A3的基因,會控制輸送到根端的生長素數量,形塑根部系統結構。而且,地球上所有植物都具有與EXOCYST70A3相同或至少一種類似的基因。透過改寫EXOCYST70A3基因,可以讓植物根部更深入土壤,有更好的碳捕捉和碳封存能力。

科學家正在將這樣的研究結果運用到作物上,希望透過基因工程,讓大豆和玉米等作物有更多、更深,以及具有更多軟木脂的根,讓植物在生長過程中,也能成為對抗氣候變化的幫手。「深耕」的根部系統也能帶來其他適應極端氣候的好處,例如,根部可以接觸到沉積在地底的水分,讓植物更抗旱。

除了索爾克研究所,英國科學界也在試驗種植基因改造的小麥,提高小麥捕獲二氧化碳、進行光合作用的能力,以增加作物產量。美國伊利諾大學和農業部的科學家,也持續在試驗,以基改技術,提高負責捕捉二氧化碳的核酮糖雙磷酸羧化酶(Ribulose)酵素的效率。

此外,利用農田捕捉、封存更多的碳到土壤裡的碳匯農業,也開始受到重視。根據美國國家科學院 (National Academies of Science)去年發布的一項研究統計,透過改良農法,例如加入糞肥或堆肥等的有機耕作,全球農地可額外捕捉並儲存高達30萬噸的碳。美國國家科學院也呼籲美國政府要投資發展植物的碳捕捉和碳儲存技術。

樹木自保,暫停吸收二氧化碳

在植物學領域帶來各種好消息的同時,卻也有研究驚人地發現植物可能會為了「自保」而暫停吸碳。一直以來植物的光合作用和蒸散作用被認為一定會同時進行,但去年年初澳洲西雪梨大學針對澳洲當地樹種進行的調查發現,在極端的高溫環境下,為了保護樹葉不被灼傷,樹葉會暫時停止吸收二氧化碳,樹會往地底深處尋找、吸收水分,並繼續從葉片釋放水氣,保持「體溫」。

雖然還需要更多研究來證明這個現象是否只發生在特定樹種上,以及植物的自我保護機制會不會有一天不再只是「暫停」,而是「停止」吸收二氧化碳,但不能忽視的是,隨著高溫熱浪發生的頻率增加,樹木吸收二氧化碳的能力可能會受到更大的影響,對地球暖化投入新的變數。 

植物進行光合作用,吸收大氣中的二氧化碳,是地球碳循環的重要一環。根據索爾克研究所的統計,每年植物和其他光合作用一共捕捉 7460 億噸的二氧化碳,並釋放 7270 億噸的二氧化碳,地球自然的碳循環是很健康系統,但多了人類製造的370 億噸二氧化碳,現在每年有180 億噸的二氧化碳無法自然消化。

人類行為將大量二氧化碳排放到大氣中,我們固然需要仰賴科學、科技的突破和大規模應用來幫助減緩地球升溫,然而,地球生態是個循環、流動的系統,牽一髮則動全身,任何自然界主動或被動的改變都可能帶來意料之外的影響。地球暖化帶來了極端氣候,極端氣候也正反過來加速地球暖化。地球發燒發冷的各種症狀,最不能少又最急迫需要下的一道解方,還是每一個人透過自己可行的力量,落實減碳行動。