الأزمة في تطوير أنواع الأشجار الحضرية المقاوم

فهم الحاجة الملحة إلى تحقيق الاستقرار في المناطق الحضرية

وتعاني الغابات الحضرية من ضغوط غير مسبوقة، إذ إن ارتفاع درجات الحرارة العالمية، وحالات الجفاف المطولة، والآفات الجديدة، وتفشي الأمراض، تتسبب في قتل أشجار المدن بمعدلات مخيفة، وفي كثير من المدن، فإن الأنواع المكوّنة التي تحلق في الشوارع وتملأ الحدائق - الطراز، والرم، والصدر - تُنقَف بواسطة الحشرات الغازية مثل أراض الرماد، وتُبقي أساليب التكاثر الصدر التقليدية بطيئة.

فالتكنولوجيات الوراثية المتقدمة، ولا سيما برنامج البحوث البيئية، التي تُعد بانتظام متقطعة المدى، تقدم نهجاً جديداً قوياً، وبإتاحة سبل دقيقة وموجهة إلى الحمض النووي الشجري، يمكن أن تعجل المؤسسة في تطوير أنواع الأشجار الحضرية التي تتمتع بقدر أكبر من المرونة إزاء الضغوط البيئية، ويمتلك هذا المجال الناشئ القدرة على الحفاظ على الغابات الحضرية وإعادة بنائها التي لا تكون أكثر استدامة فحسب، بل توفر أيضاً خدمات النظم الإيكولوجية الحيوية - التنظيف، وتطهير الهواء.

ما هو "المركز" و"كيف يعمل في "تريز"؟

وقاعدة بيانات الإحصاءات البيئية هي أداة تحرير الجينات مكيفة من نظام مناعة البكتيرية الطبيعية، وتستخدم جزيئا من نظام RNA لتوجيه بروتين كاس 9 إلى موقع محدد في الجينوم حيث تجري عملية قطع دقيق، ثم تقوم أجهزة إصلاح الحمض النووي الخلوي الخاصة بها بإصلاح القطع، مما يسمح للعلماء بحذف أو إدخال أو تعديل التسلسلات الجينية، خلافا للتعديلات الجينية التقليدية التي كثيرا ما تُدخل الحمض النووي الأجنبي الذي يحدث،

إن تطبيق نظام " كريسبار " على الأشجار أكثر تعقيدا من العمل بالمحاصيل السنوية، فالأشجار لها أنواع كبيرة من البوليفوريات، وغالبا ما تكون لها أوقات طويلة من الجيل، مما يجعل تحرير الجينات التقليدية واختيارها أبطأ، غير أن التقدم الذي تحقق مؤخرا في ثقافة الأنسجة، وأساليب التحول، واستخدام المتجانسات السمية قد مكّن من تحرير جيوم الأشجار في المختبر ومن ثم إعادة تكوين محطات كاملة من الأمثلة المأه.

ومن الميزات الرئيسية التي يتمتع بها مركز البحوث الحرجية في مجال تربية الأشجار القدرة على استحداث سمات من الأقارب البريين أو حتى من أنواع أخرى دون التخلف الطويل اللازم في مجال التوالد التقليدي، مما يمكن أن يتيح لسكان الغابات في المناطق الحضرية تطوير أشجار مقاومة طبيعية لفطر أو حشرات محددة، مما يقلل من الحاجة إلى مبيدات الآفات الكيميائية والإدارة المكثفة.

Key distinctions from GMOs:] CRISPR-edited trees are often classified differently from transgenic GMOs, depending on the regulatory framework. If the edit involves a small deletion or a point mutation that could occur naturally, some regulatory bodies treat it as a non-transgenic organism.

التطبيقات الرئيسية لبرنامج الإصلاح الزراعي الشامل في المناطق الحضرية

الجفاف والتسامح ضد الحرارة

ومع تشديد كثافة حرارة المدن، يجب أن تتحمل الأشجار درجات حرارة أعلى وتقليص توافر المياه، ويمكن استخدام هذا البرنامج لتعديل الجينات المتصلة بتنظيم الهضم، والهيكل الجذري، والتكيف غير الطبيعي، وعلى سبيل المثال، فإن تحرير مناطق الري التي تطول فيها موجات الجفاف يمكن أن يؤدي إلى تحسين كفاءة استخدام المياه.

مقاومة الآفات

إن الحشرات الغازية هي أحد أكبر التهديدات التي تتعرض لها الأشجار الحضرية، فقد قتل السكان الأصليين من الرماد مئات الملايين من أشجار الرماد في أمريكا الشمالية وحدها، ويستخدم الباحثون نظام " سيريس " لإدخال جينات المقاومة من أنواع أخرى من الأشجار أو لتغيير الجينات التي تجعل الأشجار عرضة للإصابة، ومن ذلك مثلاً أن يضربون جينات قابلة للتأثر في الرماد، يأمل العلماء في إيجاد أشجار مماثلة لا يمكن استكشافها بنجاح.

مقاومة الأمراض

إن المسببات المرضية في الفطريات والبكتيرية قد دمرت تاريخياً سكان الأشجار الحضرية، بينما يُظهر النور النجمي، ومرض اللم الهولندي، ومساح أوراق البكتيرية، بعض الأمثلة على ذلك، حيث أن " الباحثين في مجال الصدر " يقدمون مساراً محدداً لتعزيز مقاومة الأمراض، ويُعتبر النجاح الملحوظ في العمل على الصدر الأمريكي: استخدام نهج مغايات المختلفة نوعاً ما (الإضافة عبر الجينية للأوكسي)

Climate Adaptability

فبعد الجفاف والآفات، يجب أن تواكب الأشجار الحضرية تزايد الرياح وتلوث الهواء وارتباط التربة، ويمكن أن يعدل نظام الجذور بحيث يكون أكثر قوة في التربة المدمجة، أو أن يغير المورفولوجيا الورقية من أجل تحسين استيعاب المادة الجسيمية، ويمكن أن يساعد الجيل المولدات المتصلة بالفينولوجيا مثل انفجار البذور وورقات النسيج على التكيف مع مواسم التقلب، مما يقلل من خطر حدوث أضرار في القفزات في الحضر في أوائل الربيع.

دراسات الحالة والبحوث الجارية

الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "ـ "ـ "الـ "الـ "ـ "الـ "ـ "ـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "ـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "ـ "ـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "الـ "

وكان الصدر الأمريكي في إحدى المرات غابات الولايات المتحدة الأمريكية وبحجرة حضرية مهيمنة، ولكن طلاء الصدر، والفطر المستحدث، ودمر بلايين الأشجار، وقد أدى الجهد الجاري لإعادة الخلق الوراثي، الذي تقوده كلية العلوم البيئية والغابات التابعة للمؤسسة الأمريكية للطب، إلى إنتاج شجرة مقاومة للضوء عن طريق إدخال جينات واحدة، وفي الآونة الأخيرة، استخدم الباحثون نظام " CRISPR " في استهداف عدة مقاومات للطبيعة.

Elm Trees and Dutch Elm Disease

وقد أدى مرض النخيل الهولندي إلى مقتل أكثر من 75 في المائة من النمل في العديد من مدن أمريكا الشمالية وأوروبا، ويجري تطبيق تحرير نظام CRISPR على تعديل جينات النحل التي تتفاعل مع مسببات الأمراض الفطرية أوفيوستام الفوقية . وقد حدد فريق في جامعة تورونتو جينات المرشحات المتخلفة في إيلام سيبيري.

عشب تريز وزميرالد آش بورر

وقد تركز البحث الذي يجريه المعهد الوطني لبحوث المناخ بشأن أشجار الرماد على إيجاد الأساس الوراثي للمقاومة، إذ أن بعض أنواع الرماد، مثل رماد مانشوري، تظهر مقاومة طبيعية لبرن الرماد الحامض، ويستخدم العلماء هذه الآليات لنقل آليات المقاومة إلى أنواع رماد عالية الشدة من أمريكا الشمالية، مثل الرماد الأخضر والرماد الأبيض، ويخلق الجينات المسؤولة عن مجمعات الدفاعية للأشجار.

البوب كنظم نموذجية

وكثيرا ما تستخدم الأشجار البوبية كنموذج لعلم الوراثة الشجرية بسبب نموها الصغير نسبياً والسريع، وقد وفر العمل الذي يقوم به البرنامج مع السكان مفهوماً يبرهن على تعزيز سمات مثل تركيبة الليغنين من أجل معالجة الوقود الأحيائي بسهولة وتحسين التسامح إزاء الجفاف، وهذه الدروس تُطبق الآن على أنواع الأشجار الحضرية، وعلى سبيل المثال، فإن الجينات البوبية المرتبطة بالنمو الجذري الأفقي قد تم تحريرها لإنتاج أشجار ذات ألياف حضرية أكبر.

فوائد مبادرة " كريسبار " - الأشجار الحضرية المهدّدة للمدن والشعوب

والمنافع المحتملة لنشر أشجار محررة من قبل المؤسسة في البيئات الحضرية تتجاوز مجرد إبقاء الأشجار على قيد الحياة.

Enhanced ecosystem services:] Healthy, long-lived trees are more effective at sequestering carbon, filtering air pollutants, providing shade that reduces the urban heat island effect, and managing stormwater runoff. For example, a single large urban oak can reduce ambient temperature by several degrees Celsius on a hot day.
Reduced maintenance and chemical use:] Trees that are naturally resistant to pests and diseases require fewer pesticides, fungicides, and other chemical treatments. This lowers management costs for city arborists and reduces the environmental impact of urban forestry operations.
Preserved biodiversity:] Byving existing species that are threatened by pests or climate stress, CRISPR can help maintain the genetic diversity of urban forests. This is important because diverse urban forests are more resilient to new threats.
Economic value:] Healthy urban trees increase property values, reduce energy costs (by cooling buildings in summer and blocking wind in winter), and can lower public health costs by improving air quality and encouraging outdoor recreation. A 2023 study estimated that the loss of ash trees due to emerald ash borer has caused over $10 billion in economic costs in the US incentive resilience alone.
Psychological and social benefits:] Urban green spaces with robust, long-lived trees provide aesthetic beauty, reduce stress, encourage physical activity, and strengthen community ties. Ensuring these trees survive and thrive helps sustain these mental and social health benefits.

التحديات والمخاطر والاعتبارات الأخلاقية

المخاطر الإيكولوجية والآثار غير المقصودة

وأي تدخل وراثي في نظام إيكولوجي طبيعي أو مزروعة ينطوي على مخاطر، إذ أن من شأن أي تدخل جيني في نظام إيكولوجي طبيعي أو مزروعة أن ينتج عن ذلك آثار غير متوقعة، وفي حين أن خطر الآثار غير المستهدفة منخفض مع تصميم نظام تقييم المخاطر في المناطق الحضرية، فإنه ليس صفرا، فالتسلسل الجيني على نطاق واسع للأشجار المحررة أمر أساسي قبل أي زرع ميداني.

عدم اليقين التنظيمي

وتختلف الحالة التنظيمية للمصانع التي حررها مركز البحوث الزراعية الشاملة على نطاق واسع حسب البلد، وفي الولايات المتحدة، قررت الوكالة أن بعض مبيدات نظامية " سيبريت " التي يمكن أن تُنشأ عن طريق التوالد التقليدي لا تخضع لأنظمة المنظمة العالمية للأرصاد الجوية، غير أن قانون حماية البيئة وقانون التنمية الحرجية قد يكونان خاضعين للرقابة إذا ما مكن للقاعدة أن تُمنح مقاومة للآفات أو تنطوي على ممتلكات مُنتَجة في الاتحاد الأوروبي، فإن محكمة العدل قد حكمت في عام 2018 بأن هذه القواعد التنظيمية ذات الصلة هي ذات الصلة.

قبول الجمهور والاتصال

فالتصور العام للتكنولوجيات الوراثية في الأشجار متفاوتة، إذ أن الكثير من الناس مرتاحون للاستخدامات الطبية في برنامج البحوث المتعلقة بالعلم البشري، ولكنهم يحذرون من الكائنات المحورة وراثيا في البيئة، كما أن التواصل عبر الشفاف حول طبيعة الطبقات، واختبار السلامة، والضرورة الإيكولوجية أمر حاسم، وقد تؤدي حالات التسمية أو شرح التكنولوجيا إلى الرفض والتأخير، كما أن المشاركة مع المجتمعات المحلية، والشعائر، والجماعات البيئية من مرحلة القبول المبكر.

الإنصاف والوصول

وتكلفة تكنولوجيا البحوث والبحوث المتعلقة بالبحوث في حالات الكوارث في الوقت الراهن وتتطلب بنية أساسية مختبرية متطورة، وهناك خطر بأن تستفيد البلدان المتقدمة بشكل غير متناسب من الأشجار المرنة، في حين أن البلدان النامية - حيث توجد الغابات الحضرية أيضاً تحت التهديد - قد تفتقر إلى إمكانية الحصول على التكنولوجيا ومنتجاتها، ويمكن أن يساعد التعاون الدولي والموارد الوراثية المفتوحة المصدر على تخفيف هذا عدم الإنصاف.

الرصد والإدارة التأديبية

وبمجرد زرع الأشجار التي حررها مركز البحوث والبحوث الاجتماعية في المدن، يلزم رصدها على المدى الطويل لتقييم أدائها وكشف أي آثار إيكولوجية غير متوقعة، وهذا يتطلب التزاما من البلديات ومؤسسات البحوث ووكالات التمويل، وينبغي وضع خطط إدارية تكيفية للاستجابة للمسائل التي تنشأ.

The Future of Urban Forestry with CRISPR

وفي المستقبل، يستعد المركز ليصبح أداة موحدة في مجموعة أدوات الغابات الحضرية، تكملة الممارسات التقليدية للتوالد والزراعة، وبما أن تكاليف تحرير الجينات وتسلسلها لا تزال تسقط، ومع تعاقب عدد أكبر من المعالم الشجرية، سنشهد توسعا سريعا في تطبيقات برنامج البحوث الحرجية الشاملة للأشجار الحضرية.

ومن الاتجاهات الواعدة تنمية الأشجار ذات الصفات المتعددة المكدسة - المقاومة ضد الآفات، ومقاومة الآفات، وتحسين النمو في شجرة واحدة، ويمكن أن يحقق هذا في جيل واحد عدة جينات في وقت واحد، وهناك منطقة أخرى هي إنشاء الأشجار التي تحتوي على خصائص خشبية معدلة، مثل الخشب الأقوى لمواجهة الأضرار الناجمة عن العواصف أو الخشب المزود بقدرة معززة على تخزين الكربون.

وسيحتاج التخطيط الحضري وتربية الأرعاة إلى التكيف، وقد تزرع الأشجار المقاومة في تشكيلات جديدة لتحقيق أقصى قدر من التبريد والتنقية الجوية، وقد تعتمد المدن تصميمات متعددة الثقافات تخلط بين مختلف الأنواع المحررة للحد من الضعف أمام المسببات للأمراض في المستقبل، وستكون السياسات التي تدعم تمويل البحوث، والتبسيط التنظيمي، والمشاركة العامة حاسمة في تحقيق إمكانات البرنامج في مجال الغابات الحضرية.

وفي نهاية المطاف، يوفر برنامج البحوث المتعلقة بالبحوث في حالات الكوارث الطبيعية وسيلة قوية لصون وتعزيز الغابات الحضرية التي يعتمد عليها كثير من سكان المناطق الحضرية، وبسرعة العملية الطبيعية لتطور الأشجار، يمكننا أن نخلق أشجارا في المدن لا ناجية فحسب، بل نزدهر في البيئات الحضرية السليمة والممكنة.

خاتمة

إن تقاطع تكنولوجيا البحوث الزراعية الشاملة في المناطق الحضرية والحراجة الحضرية يمثل فرصة تحولية، فبينما تواجه المدن واقع تغير المناخ، والآفات المتفشية، وتدهور صحة الأشجار، فإن التحرير الوراثي يوفر أداة دقيقة وقوية على حد سواء، ومن استعادة الأنواع المكوّنة مثل الصدر الأمريكي، ومن أجل تطوير أنواع جديدة من الجفاف والآفات، يمكن أن يساعد البرنامج في إعادة بناء الغابات الحضرية التي تتميز بتنوعها.

External references:]