基因编辑技术CRISPR可以帮助在全球范围内降低生物多样性损失吗？

尽管许多科学家渴望讨论使用CRISPR来保护生物多样性的可能性，但他们也很谨慎。人类干预的影响并不总是可以预测的，而且一旦基因编辑的物种被释放到野外，控制任何负面影响将是困难的。美国农业部(USDA)国家野生动物研究中心的研究科学家托尼·比亚乔(Toni Piaggio)说，研究人员在CRISPR问题上“永远不应该完全不加考虑”。她说，相反，他们应该“花大量的研究时间和智力精力”来质疑自己和自己的工作。

尽管许多科学家渴望讨论使用CRISPR来保护生物多样性的可能性，但他们也很谨慎。

粮食安全的多样性

大约在12000年前，古人开始培育我们今天食用的许多植物的野生祖先。随着时间的推移,他们从植物中选择了种子，从而进化有用的特征在未来的岁月里播种。因此，一种被称为大刍草的植物，有5到12粒种子，包裹在坚硬的外壳里产生了玉米，还有野西红柿的红色小浆果发挥着今天的西红柿．这种作物驯化过程是人类的转折点。它允许我们定居社区并建立社会。

但一千年过去了，驯化也降低了遗传多样性在我们生长和吃的植物中。要了解原因，想象一下10,000年前的古代人，厌倦了用岩石砸碎Teosinte，从他们的硬壳中获得一些测量的核。如果那个人看到一个裸体核的植物 - 暴露并可用而没有摇滚粉碎 - 他们可能会选择从那个植物中选择种子来增长明年。这对这个人来说很棒，但该领域其余部分的遗传多样性将失去后代。

同样的力量今天在玩耍。例如，当每个番茄植物看起来都一样，以相同的速度增长并产生磅的西红柿，种植更容易，食物供应更可预测 - 如果一切都像往常一样。

问题是，农业并不总是遵循平常的预期模式。和气候变化正在增加农业的可变性和不可预测性。由于它们的低遗传多样性，许多作物并不特别适合应对新兴的气候模式，使它们容易受到干旱，洪水或咸土等挑战。因此，SãoPaulo大学植物生理学教授拉扎罗·佩雷斯说，依托有限数量的作物物种，以产生世界的食物是有风险的。

佩雷斯和其他研究人员正试图向农业注入野生物种的基因多样性。他的研究团队从一个野生番茄开始，使用CRISPR编辑了一些关键基因。他们的目标是让野生番茄中的基因看起来像驯化番茄中的基因。在这一过程中,野生番茄品种获得了一些驯化品种所共有的有益特性．通过这个过程,德诺维在驯化过程中，Peres和他的同事们培育出了一种比野生番茄果实更多、果实更大、番茄红素更多的番茄，这种番茄在基因上与传统的驯化番茄不同。

植物大小或颜色的变化会影响吸引哪些昆虫吗?这对这些昆虫的掠夺者有何影响？

但是，在佛蒙特州大学农业和生命科学学院副教授Yolanda Chen表示，超越单一作物，这是重要的。陈研究了影响植物驯化可以对昆虫种群进行。她说，研究人员需要考虑基因的“在更广泛的社区背景下运作”，而不仅仅是在一个植物中​​。植物大小或颜色的变化会影响吸引哪些昆虫吗?这对这些昆虫的掠夺者有何影响？

佩雷斯注意到这对农业生态系统的潜在影响。驯化野生番茄并大规模种植可能会影响微妙的生态关系。不过，他说，对于自己工作的潜在影响，他“主要看到了积极的方面”。“其中一个问题是粮食安全，因为我们的食物、饲料和纤维依赖很少的物种是相当危险的。”

陈说，她认为基因编辑对德诺维驯化是比其他遗传方法“较小的风险”，例如将整个新基因引入植物物种的那些。在德诺维驯化，相关的驯养番茄植物中已经存在的编辑版本。

在当地的杂货店提供了增加我们的食物遗传多样性的新种番茄之前，它可能会一段时间。佩雷斯表示，到目前为止，他和他的团队发布的工作是一个概念证明;换句话说，他们表明了这一点德诺维驯化是可行的，但没有计划将那个番茄商业化。自从他们的注意力从Galápagos群岛的野生番茄群中的一种野生番茄群中的注意力造成特别良好的土壤，并且抵抗可能导致严重作物损害的白色飞行。如果他们能够德诺维驯化这个番茄，它可以作为处理咸的沿海土壤的农民的重要作物。

最后，陈和佩雷斯都关注气候变化、农业和生物多样性。他们从不同的研究角度来解决这些问题，但都认为农业生态系统中的遗传和物种层面的多样性是粮食系统能够承受气候变化挑战的一个重要方面。在未来，驯化新的植物物种——可能通过基因编辑——可能会给农民带来更多适合于特定气候的种植多元化作物的选择．

珊瑚保护

1770年，英国探险家船长詹姆斯厨师跑了他的船，努力，搁浅，“疯狂的迷宫”，这将被称为澳大利亚昆士兰州海岸的大堡礁。虽然库克被认为是“发现”礁石，珊瑚礁曾经很重要几个世纪前的原住民。

几百年后，污染和变暖的水造成了巨大的珊瑚白化世界各地的活动。虽然珊瑚可以存活漂白，但压力会导致死亡率增加。这对此来说是坏消息居住珊瑚的海洋物种．当珊瑚消失时，珊瑚礁生态系统受苦之间的关系成千上万的物种——包括鱼类、无脊椎动物、植物和海龟——生活在那里失去平衡。

当珊瑚与藻类之间的共生关系发生时发生漂白，例如压力 - 例如，通过温暖的水。由于压力，珊瑚排出藻类，导致漂白珊瑚。漂白事件开始了在20世纪80年代增加频率和幅度．2014年至2017年期间，海洋高温造成了重大降水全球珊瑚漂白事件．

该报告称，目前世界上对珊瑚的保护措施不足以遏制白化现象，并维持珊瑚所支持的宝贵生态系统IPBES报告．因此，寻找保护环境的新途径迫在眉睫。一个生物学家2019年的报告列出不同的保护方法，并评估它们的潜在风险和益处。在2018年的声明中，科学家使用了CRISPR在珊瑚中编辑基因在美国，基因编辑被视为一种潜在的策略。也许吧。

目前世界上对珊瑚的保护措施不足以遏制白化现象，并维持珊瑚所支持的宝贵生态系统。

玛丽·斯特拉德(Marie Strader)现在是奥本大学(Auburn University)的助理研究教授，她是发表这项研究的国际科学家团队的一名研究生首席研究员。科学家们编辑了三种类型的基因振动彩色珊瑚叫鹿角．编辑的目的是“打破”或使基因突变，在一些幼虫中，它做到了。

由于这种概念证明研究是成功的 - 这意味着他们至少可以编辑他们所针对的珊瑚基因，至少有一些时间 - 其他研究人员可以使用它们的方法作为编辑其他基因的蓝图鹿角并编辑其他珊瑚物种。对于初学者来说，Strader说，他们可能会看看涉及珊瑚生命周期和温度敏感性的基因。理解这些过程，Strader说，可以“转化为节约落下的努力”。

例如，研究人员可以在实验室中使用CRISPR来帮助他们了解哪些基因对于对温暖水域的耐受性很重要。如果他们在实验室中编辑一个基因，并且由此产生的珊瑚可以更好地宽容温暖的水域，因此科学家们可以为那些自然具有这种基因突变的人看待天然珊瑚群。掌握这种理解，研究人员可能更加成功，在养殖珊瑚等养殖努力中，以帮助他们保持凉爽随着热量的转变。

如果他们编辑基因和由此产生的珊瑚可以更好地宽容温暖的水域，科学家可以看看那些自然具有这种基因突变的人的天然珊瑚群。

首先，仍有很多技术障碍。在斯特拉德的研究中，经过个体编辑的珊瑚最终得到的是经过编辑和未经编辑的基因副本的混合。为了实现基因编辑的全面效果并将其传递给后代，理想情况下，珊瑚的每个细胞都应该有相同的编辑。斯特拉德说，其他细节，比如确保CRISPR只编辑目标基因或其他基因，“在成为保护目的的可行选择之前，还需要弄清楚。”

此外，在教堂山北卡罗来纳大学的海洋生态学家John Bruno表示，保护努力需要保护不仅仅是珊瑚，而且需要依赖于它们的数千个其他物种。根据Bruno，基因编辑10或20种珊瑚以忍受温水只是不够。作为“没有人进入在海洋中的全部亿亿种，”他说，保护需要专注于整个生态系统，而不仅仅是几种物种。“解决方案相当明显，只是彻底减轻温室气体排放，”他说 - 承认这并不容易。

运行的干扰

根据布鲁诺的说法，珊瑚的情况是“可怕的”。但他说，即使是在经历了急剧下降的珊瑚物种中，通常仍有许多——可能有数百万——个体被留下。

回到岸上，一些动物的数量要少得多，很容易在入侵物种的控制下消失。在新西兰,本地鸟类在没有哺乳动物捕食的情况下进化．许多鸟类体型庞大，不能飞行，所以当老鼠、负鼠和白鼬等哺乳动物随着人类来到这里时，鸟类很容易成为攻击目标。据一位学习，这些侵入性动物每年负责损失估计的2660万只鸡和天然鸟类鸡蛋。

尽管如此保护努力，许多新西兰鸟类都灭绝或濒临灭绝。为了拯救那些左边，新西兰政府已经设定了一个这个雄心勃勃的目标是到2050年消灭该国的哺乳动物害虫．在目前的情况下，入侵物种通常是用陷阱和毒物来管理的，这不是令人愉快的死亡方式，比亚乔指出。

随着基因编辑技术的出现，基因驱动技术变得更加合理，它可以提供一种更人道的方式来管理入侵种群，保护它们所威胁的物种。

简单地说，就是基因驱动改变遗传特征的几率，比如性别．如果每10只负鼠中就有一只是雄性，而不是正常情况下的5只，那么雌性的繁殖机会就会减少。

随着基因编辑技术的出现，基因驱动技术变得更加合理，它可以提供一种更人道的方式来管理入侵种群，保护它们所威胁的物种。

不幸的是，证据是猫鼬在夏威夷和甘蔗蟾蜍(或巴特·辛普森的牛蛙）在澳大利亚，人类在干预生态系统方面有一个不太完美的曲目记录。

奥塔哥大学(University of Otago)的保护遗传学家、荣誉研究员海伦·泰勒(Helen Taylor)说:“这么多的事情都是出于最好的意图而做的，但我们发现结果是无法预料的。”她指出，虽然负鼠在新西兰有害虫，但它们是澳大利亚的重要物种。如果在澳大利亚释放了新西兰基因驱动器的可能性，则效果可能是毁灭性的。

Maud Quinzin，一个保护遗传学家和高级博士后助理，最近开始在麻省理工学院工作雕刻进化实验室凯文·埃斯维尔特，那个科学家首先提出的CRISPR作为创建基因驱动器的工具．Quinzin正在利用她对生态系统动力学的理解来帮助雕刻进化实验室思考人类对生态系统的干预所产生的复杂涟漪效应。

她说，从各个角度看待科学是很重要的。“开发基因编辑工具需要具有非常不同专业知识的科学家从过程的早期就分享想法和进展。”例如，如果一种入侵的老鼠物种从一个岛上被消灭，其他物种——甚至其他入侵物种——会变得更多吗?“你必须考虑到……生态系统中的动态，”她说。自提出CRISPR可以用于基因驱动以来，埃斯维尔特本人就一直在大声疾呼他的担忧．

虽然，奎宁一直在保护生物学的前线，观看有价值物种的人口灭绝，她希望向社区提供所有的保护方案。昆津说，科学家要提出这些方案，就需要了解这些方案可能在哪些地方起作用。这种理解不仅来自研究人员，也来自生活在这些地方的人们。“尊重一个地方的价值观和知识真的很重要，”昆津说，“不仅包括科学信息，还包括。本地知识Quinzin说，随着技术的发展，通过与当地社区接触，研究人员可以专注于以与社区的文化、社会、政治和环境价值观相一致的方式开发技术。

前进

短期内，农业可能是最有可能利用CRISPR来保护生物多样性的领域。事实上,第一个基因编辑的作物击中了市场在2019年初美国。各国仍然弄清楚如何规范编辑植物该研究发现，可能通过自然突变产生的植物和含有较大编辑(比如含有新DNA)的植物之间存在很大区别。

至少，佩雷斯等科学家的工作可以扩大我们的作物植物的遗传多样性，为桌子添加更多选择，因为农民，科学家和其他利益相关者对食品安全的世界努力工作。并且选择很重要。没有单一解决方案可以在任何地方节省生物多样性。不小心应用的解决方案会导致更多问题。

科学家们似乎确实在谨慎行事。至少一些珊瑚研究人员拒绝考虑在野外使用CRISPR。研究基因驱动的科学家们直言不讳地指出了这项技术的局限性，并赞扬了非科学家在决定是否使用CRISPR进行保护时必须发挥的作用。

“我觉得我们有一个非常大的 - 不仅仅是机会，而且有义务尽可能地在公众中拿出来的义务，”Piaggio说。她说，如果科学家们没有公开买入，他们不应该使用这项技术。“我觉得我们必须和那样好。”

Quinzin说，她和她的群体中的其他科学家们想要公众的指导。与此同时，如果我们尊重和正确使用，她指出，她指出的是，如果我们尊重和使用它可能是这样一个惊人的工具。“

对世界面临的生物多样性危机没有完美或普遍的解决方案。并且由于追求解毒剂而不能忘记原因。这就是为什么它将采取科学家和保护主义者，以不同的地区工作的不同方法有所作为。