Nếu không dùng biến đổi gien trong nông nghiệp, sẽ khó cản biến đổi khí hậu

Phòng thí nghiệm Voigt tại Viện Công nghệ Massachusetts trông giống như bất kỳ phòng thí nghiệm nào khác trên thế giới với máy móc và hàng trăm chai nhỏ. Nhưng ở đây có một điều khác biệt: các nhà khoa học đang nỗ lực cải tạo tự nhiên để chống lại biến đổi khí hậu.

Công trình này bắt nguồn từ khoảng hai thập niên trước, khi Christopher Voigt, một nhà sinh vật học và kỹ sư tìm ra cách nhập mã máy tính vào chương trình giải trình tự DNA. Tiến sĩ Voigt đã trở thành một ngôi sao trong lĩnh vực kỹ thuật sinh học đang phát triển nhanh chóng. Voigt biết cách thay đổi các quá trình sinh học để tạo ra các hệ thống sống hoạt động theo những cách chưa từng tồn tại trong tự nhiên.

Thay đổi hành vi của vi khuẩn

Phân bón là mục tiêu tự nhiên cho công nghệ biến đổi này. Ngay từ năm 1975, các nhà khoa học đã cố gắng cải tiến cách trồng trọt để sản xuất nhiều thực phẩm hơn với ít phân bón hóa học hơn.

Bản thân thiên nhiên đã thực hiện một số công việc này. Các vi khuẩn trong đất ăn đường do rễ ngô thải ra và sau đó biến nitơ trong không khí thành thức ăn cho cây ngô. Nhưng một khi phân bón do nhà máy sản xuất được rải trên cánh đồng, các vi khuẩn phát hiện ra sự hiện diện của nó và ngưng hoạt động

Sản phẩm của Pivot, với một loạt các điều chỉnh đối với DNA của vi khuẩn, có hiệu quả trong việc điều khiển hành vi của vi khuẩn và buộc nó phải tiếp tục sản xuất nitơ và với tốc độ nhanh hơn nhiều. Tuy nhiên, mô tả như thế vẫn chưa đủ.

Các vi khuẩn bị biến đổi DNA của Pivot có thể thay thế khoảng 20% lượng phân bón cần thiết trên một cánh đồng ngô. Thậm chí, Pivot đặt mục tiêu là thay thế tới một nửa lượng phân bón được sử dụng hiện nay. Các công ty khác, gồm Ginkgo Bioworks và BioConsortia cũng đang phát triển các phiên bản của riêng họ. Các học giả tại Viện kỹ thuật Massachusetts MIT và các trường đại học khác đang cố gắng đạt được những tiến bộ hơn nữa. Dù vậy, tại thời điểm này, các nhà khoa học không tin rằng họ có thể loại bỏ hoàn toàn nhu cầu về phân bón hóa học.

Tại các phòng thí nghiệm của Pivot ở California, các nhà khoa học đang sử dụng trí tuệ nhân tạo để chạy hàng nghìn cấu hình DNA có thể áp dụng cho vi khuẩn, trước khi chọn ứng viên để thử nghiệm trên các cánh đồng ngô.

Trí tuệ nhân tạo cho phép họ tăng tốc đáng kể công việc, Tiến sĩ Temme, người có công ty đã huy động được gần 700 triệu USD vốn đầu tư mạo hiểm và hiện có giá trị ước tính là 1,7 tỉ USD.

Tác hại của phân bón hóa học

Ở góc đông nam của Iowa, gần Sông Mississippi, một nhà máy mọc lên giữa các cánh đồng ngô. Đó là một công trình khổng lồ, một khu công nghiệp rộng 130 ha tiêu thụ rất nhiều khí đốt tự nhiên, nó kết nối trực tiếp với một đường ống dẫn nhiên liệu từ bang Texas và Louisiana.

Mọi thứ trong nhà máy đều có kích thước siêu lớn. Nhà máy tiêu thụ lượng khí đốt tự nhiên đủ để sưởi ấm ước tính 380.000 ngôi nhà. Nhà máy hút 6 triệu mét khối nước mỗi năm — lượng nước đủ cho một khu dân cư có 60.000 người sử dụng.

Trong một chuyến tham quan gần đây, một phóng viên đã nhìn vào bên trong một lò đốt khí đốt nóng lên tới 1.100 độ C để phá vỡ các liên kết của nitơ trong khí quyển, khi nhà máy bắt đầu quá trình tạo ra amoniac, phản ứng hóa học tiếp tục qua một mê cung các đường ống và bể chứa.

Đây là công việc nguy hiểm; amoni nitrat dễ nổ và đã được sử dụng trong bom và vũ khí. Fritz Haber, nhà khoa học người Đức đoạt giải Nobel, người đã tìm ra phản ứng hóa học cần thiết để tạo ra phân bón tổng hợp. Những phát minh của Haber được ghi nhận là người đã nuôi sống hàng tỷ người nhưng cũng giết chết hàng chục triệu người vì bom đạn, khũ khí hóa học.

Về quy trình sản xuất phân bón của Haber đã tồn tại 111 năm, Tiến sĩ Rinzler từ Breakthrough Energy Ventures cho biết "Đây là một trong những phát minh đáng kinh ngạc và quan trọng nhất trong lịch sử nhân loại vì nó nuôi sống hành tinh. Nhưng đây cũng là một thách thức lớn về khí thải".

Giống như hầu hết những người nông dân khác, Jim Purlee 74 tuổi luôn tìm kiếm những cây xanh hơn, cao hơn và mập hơn để tạo ra những bắp ngô to hơn. Đó là lý do tại sao, hầu hết tất cả những người nông dân trong nhiều năm qua đã sử dụng một lượng lớn phân bón hóa học.

Ông Purlee, người chủ gia đình sở hữu khoảng 1.200 ha ở phía tây bang Illinois khẳng định: "Phải có nitơ để tạo ra nhiều giạ ngô hơn". Hai năm trước, ông bắt đầu sử dụng hạt giống đã qua xử lý của Pivot được trộn với vi khuẩn biến đổi gien. Ông cho biết kết quả là những cây trồng sau này khỏe mạnh hơn với ít phân bón hơn. Một mẫu Anh ngô thường sử dụng khoảng 80 kg phân bón hóa học; ông Purlee đã có thể giảm được 18 kg bằng cách sử dụng sản phẩm của Pivot.

Giống như nhiều người nông dân Illinois khác, ông còn trồng ngô để sản xuất ethanol, được pha vào xăng.

Những lo lắng về dùng nguyên liệu biến đổi gien

Cuộc cách mạng sinh học đang diễn ra trên những cánh đồng ngô của ông Purlee không dễ để nhìn thấy. Các vi khuẩn đang âm thầm hoạt động trong đất, những động cơ sinh học nhỏ đã được lập trình lại để tiếp tục sản xuất amoniac ngay cả sau khi ông đã xử lý cánh đồng của mình bằng phân bón hóa học vào mùa thu năm ngoái.

Trong một cánh đồng thử nghiệm gần đó, Pivot đã thực hiện so sánh, đối chiếu. Ở một thửa, ngô chỉ được trồng bằng phân bón hóa học. Thửa bên cạnh đó là ngô được trồng bằng hạt giống đã xử lý và ít phân bón hơn. Sự khác biệt là rõ ràng. Cây trồng từ hạt giống đã xử lý xanh hơn, đầy đặn hơn và lõi của chúng lớn hơn.

Những người nông dân đã lai tạo cây trồng trong nhiều thế kỷ, một hình thức biến đổi gien, để cải thiện kết quả. Nhưng việc thay đổi gien của vi khuẩn trong đất làm dấy lên những lo ngại mới. Kendra Klein, Phó giám đốc khoa học tại Friends of the Earth, lưu ý rằng có thể có hàng nghìn tỉ vi khuẩn đã biến đổi trong một hecta ngô, khiến việc ngăn chặn trở nên bất khả thi.

"Chúng ta đang thiết kế các sinh vật phảilàm những việc mà thiên nhiên không thiết kế để chúng làm. Việc thả chúng, hàng tỉ con, vào các hệ sinh thái thì hậu quả cực kỳ phức tạp. Về mặt khoa học, những hậu quả không mong muốn sẽ dễ diễn ra hơn là kịch bản tốt đẹp".

Thậm chí, các nhóm bảo thủ và tôn giáo đã lên tiếng. Alex Jones đã gợi ý rằng "các vi khuẩn đất biến đổi có thể gây ra ngày tận thế do biến đổi gien".

Một số nhà nghiên cứu, với sự hỗ trợ từ các hiệp hội thương mại do Koch Industries và các công ty sản xuất phân bón khác tài trợ, cũng đã đặt câu hỏi về công trình của Pivot. Họ nói rằng hạt giống được xử lý không làm tăng năng suất cây trồng, mặc dù đó chưa bao giờ là một trong những mục tiêu của Pivot.

Emerson Nafziger, một giáo sư đã nghỉ hưu của Đại học Illinois, người thường xuyên thực hiện nghiên cứu được tài trợ bởi Hiệp hội Phân bón và Hóa chất Illinois, cho biết sản phẩm của Pivot có vẻ được cường điệu hơn là thực chất.

Dave Franzen, một nhà nông học tại Đại học Bang North Dakota, người đã làm việc với Tiến sĩ Nafziger, cho biết ông tự hỏi liệu các vi khuẩn Pivot Bio có tạo ra lượng nitơ dư thừa hay không, nó có thể chảy từ các cánh đồng vào các con sông và hồ gần đó để tạo ra hiện tượng tảo nở hoa giết chết cá và làm ô nhiễm nước uống. Ông cho biết: "Tôi có một chút nghi ngờ về các vi khuẩn công nghệ sinh học và biến đổi sinh học. Bạn thực sự không thể vô hiệu hóa chúng".

Pivot muốn mở rộng sang các thị trường khác, gồm cả Canada và Brazil. Các cơ quan quản lý tại Liên minh châu Âu, vốn bảo thủ khi nói đến biến đổi gien, đã không chấp thuận và vẫn đang tìm kiếm thêm dữ liệu về tính an toàn của vi khuẩn biến đổi gien.

Trong phòng thí nghiệm, Tiến sĩ Voigt cho biết, chống biến đổi khí hậu có nghĩa là phải áp dụng công nghệ mới. Ông cũng đánh giá việc phản đối công trình này chẳng có ý nghĩa gì.

Tiến sĩ Voigt nói thẳng: "Về cơ bản, bạn phải đưa ra lựa chọn ở đây. Phát thải khí nhà kính hoặc sử dụng sinh vật biến đổi gien. Bạn phải đưa ra lựa chọn. Bạn không thể giải quyết thách thức biến đổi khí hậu nếu không có công nghệ biến đổi gien".