“Siêu cây” cứu vãn khí hậu?

 

Trong số tất cả các giải pháp khí hậu mà nhân loại đã đề ra, “trồng cây gây rừng” dường như đã chinh phục được nhiều con tim và khối óc nhất! Chúng ta có vô số sự kiện và chiến dịch phủ xanh Trái đất. Chúng ta thu hút nào người lớn, nào trẻ nhỏ xắn tay cầm xẻng mỗi cuối tuần và tất cả dịp lễ… Hiếm khi nào giới khoa học, chính trị gia, ngôi sao điện ảnh, thậm chí các tỉ phú đều gật gù đồng thuận như trong chuyện trồng cây.

Nhưng lời giải không đơn giản là trồng thật nhiều, thế giới cần trồng những “siêu cây”.

Siêu tăng trưởng

Trước tiên, chúng ta cần hiểu vai trò của thực vật trong việc đảo ngược biến đổi khí hậu (BĐKH). Về lý thuyết, càng nhiều cây xanh đồng nghĩa với càng nhiều carbon bị “khóa” trên mặt đất, nhờ có cơ chế quang hợp - thực vật hấp thụ khí carbonic (CO2) trong bầu khí quyển và thải ra khí oxy (O2). Trong quá trình này, carbon được chuyển hóa thành vật chất sống như thân, rễ, lá, cũng như được trữ trong đất. Những cánh rừng lâu năm là “bể chứa carbon” tự nhiên tồn tại hàng thế kỷ. Khi khí CO2 giảm, hiệu ứng nhà kính được cải thiện, nhiệt độ Trái đất ít nhất sẽ ngừng tăng và nhân loại tránh được kịch bản khí hậu tồi tệ nhất.

Thế nhưng, những loài cây hiện có không thật sự “xuất sắc” - theo kỳ vọng của loài người - trong việc lưu trữ carbon. Lá cây chỉ sử dụng một lượng nhỏ ánh sáng mặt trời cho việc quang hợp - biến carbon tự do thành vật chất sống. Ở phần lớn các loài thực vật, khoảng 95% năng lượng đó bị lãng phí. Nếu con người có thể “sửa chữa” cơ chế quang hợp kém hiệu quả này, cây cối có thể khai thác tối đa năng lượng mặt trời để phát triển nhanh chóng.

Công ty khởi nghiệp Living Carbon của Mỹ đang biến ý tưởng đó thành hiện thực. Theo một nghiên cứu chưa qua bình duyệt, được đăng trước trên trang bioRxiv ngày 19-2, các nhà khoa học của Living Carbon đã chỉnh sửa gene một số cây dương, khiến chúng phát triển nhanh hơn, to lớn hơn những cây dương bình thường, trong điều kiện nuôi dưỡng như nhau. Các thử nghiệm cũng cho thấy những cây này tiêu thụ nhiều carbon hơn, chứng tỏ chúng có tốc độ quang hợp cao hơn đồng loại.

Khi quang hợp, đa số thực vật tạo ra phosphoglycolate - một sản phẩm phụ độc hại mà sau đó chúng phải tốn năng lượng để phá vỡ. Những “siêu cây” kể trên còn được trang bị một số gene từ tảo và bí ngô, giúp chúng sử dụng ít năng lượng hơn cho việc phân hủy phosphoglycolate, cũng như tái chế lượng đường sản sinh từ quá trình này. “Ta chuyển sản phẩm phụ đó thành năng lượng và chất dinh dưỡng để cây tăng trưởng” - Yumin Tao, chuyên gia công nghệ sinh học của Living Carbon, giải thích với trang Wired. Cây cối càng tăng trưởng, tức là càng nhiều carbon được thu giữ.

Mô hình kinh doanh của công ty này sẽ là thuê đất tư nhân để trồng cây biến đổi gene. Họ kiếm tiền bằng cách bán các khoản tín dụng carbon, sau đó chia cho các chủ đất một phần lợi nhuận. Đến cuối cùng, họ sẽ chặt hạ chỗ “siêu cây” để lấy gỗ (thêm một lý do nữa để thúc chúng lớn thật nhanh).

 

Siêu đề kháng

Bên cạnh “siêu năng lực” khóa chặt carbon, một “bể chứa carbon” đáng đầu tư và đáng để loài người nương tựa còn cần khả năng sống sót bền bỉ trước những tác động tiêu cực từ môi trường. Đó là lý do các nhà khoa học như Armand Séguin đang nỗ lực vận động cho những cây lâm nghiệp biến đổi gene để chống lại sâu bệnh.

Là một nhà nghiên cứu về hệ gene học rừng (forest genomics) thuộc Cục Kiểm lâm Canada, Séguin đã chèn ADN của vi khuẩn vào các cây lá kim thường xanh thuộc chi Picea, giúp chúng miễn nhiễm hiệu quả với một loài sâu bọ cực kỳ có hại.

Theo báo cáo năm 2018 của Sở Tài nguyên Canada, các trận dịch côn trùng đã tác động nghiêm trọng đến các “bể chứa carbon” của nước này, chỉ xếp sau nguyên nhân cháy rừng. Trả lời Đài CBC, Séguin cho biết: “Khi có những loài sâu bệnh, ví dụ như bọ thông núi cánh cứng ăn các cây thông ở phía tây, và với hạn hán, sẽ có cháy rừng”. Nhưng tình hình vẫn có thể tồi tệ hơn: nhiều loài côn trùng gây hại đang sống sót qua mùa đông và tồn tại đến mùa xuân - một trong những hệ quả của việc hành tinh nóng lên.

“Giờ đây, có những giải pháp mà bạn có thể biến đổi gene sinh vật để giảm việc sử dụng hóa chất và cải thiện quá trình hấp thụ carbon… không chỉ bằng cách [cải thiện] quá trình quang hợp mà còn bằng cách làm cho những cái cây đó có khả năng chống chịu tốt hơn với môi trường” - Séguin nói. Cần biết rằng, khả năng lưu trữ carbon của cây xanh tỉ lệ thuận với kích thước và tuổi thọ của chúng.

Một ý tưởng ấn tượng khác là “lập trình” cây xanh sao cho chúng chuyển đổi một phần carbon thành canxi cacbonat dạng bột, để hạn chế khí carbonic bị thải ngược lại vào khí quyển. Một cái cây như vậy sẽ sản sinh ra một loại sản phẩm rắn ổn định, lơ lửng trong không khí, rồi rơi xuống đất và có thể được thu hoạch làm nguyên liệu thô. Mục tiêu này có thể nằm trong tầm với, vì chúng ta đã hiểu rõ cơ chế của nó - CBC dẫn lời giáo sư Charles DeLisi thuộc khoa kỹ thuật y sinh của ĐH Boston (Mỹ).

 

Siêu… gây tranh cãi

So với những em bé được chỉnh sửa gene ở Trung Quốc và những dự án đầy tham vọng nhằm hồi sinh loài voi ma mút đã tuyệt chủng, ý tưởng chỉnh sửa gene cây cối nghe có vẻ… bình thường. Tuy nhiên, việc “thả” cây trồng biến đổi gene vào rừng, vào thiên nhiên hoang dã không hề đơn giản, vì vậy gây nhiều tranh cãi.

Ngay cả khi ngành sinh học phân tử của thế giới đang ở đỉnh cao rực rỡ, con người vẫn chưa cho phép thực vật biến đổi gene tồn tại tự do trong môi trường không được quản lý. Chẳng hạn như ở Mỹ, các nhà nghiên cứu tại ĐH bang New York đã tạo ra một cây hạt dẻ có khả năng chống lại bệnh bạc lá - sát thủ hàng đầu của loài này, nhưng Bộ Nông nghiệp Mỹ vẫn chưa phê duyệt.

Lo ngại thường xoay quanh những hệ quả khôn lường của sinh vật biến đổi gene, và khả năng gene “nhân tạo” xâm nhập vào hệ sinh thái “thiên tạo”. Một nghiên cứu được công bố năm 2020 trên tạp chí Cells cho biết: những tác dụng phụ từ việc chỉnh sửa gene có thể làm mất vài mẩu vật chất di truyền, gây ra đột biến chết chóc ở động vật và thực vật.

Các dự án “siêu cây” đã nghĩ đến điều này. Loại cây mà Living Carbon đang nghiên cứu không tạo ra phấn hoa. Đặc điểm này sẽ hạn chế vấn đề trộn lẫn vật chất di truyền giữa cây biến đổi gene và cây hoang dã. Một ví dụ khác là bạch đàn, một trong những loài cây rừng được trồng nhiều nhất trên thế giới. Năng suất rừng bạch đàn có thể tăng lên nếu ta cho trồng loại siêu tăng trưởng. Đồng thời, ta có thể điều chỉnh bộ gene để chúng không thể sinh sản hữu tính, từ đó ngăn chúng xâm phạm vào hệ sinh thái bản địa. ĐH bang Oregon (Mỹ) dẫn đầu một nhóm nghiên cứu quốc tế cho biết: kỹ thuật chỉnh sửa gene CRISPR Cas9 có thể được sử dụng với hiệu suất gần 100% để loại bỏ một loại gene chính dẫn đến sự hình thành hoa.

Ngoài ra, khi nói đến “siêu cây”, chúng ta đang nói về những cây lâu năm. Những cây dương của Living Carbon được thu hoạch chỉ sau 5 tháng, không đủ lâu để thể hiện vòng đời của chúng trong tự nhiên. Câu hỏi đặt ra là liệu những “siêu cây” có giữ được năng lực hút carbon theo thời gian hay không. Liệu tốc độ tăng trưởng của chúng sẽ chững lại ở một thời điểm nào đó? Liệu chúng có ngã xuống và thối rữa, trả lại tất cả lượng carbon vào bầu khí quyển? Chỉ những nghiên cứu sâu và lâu hơn mới trả lời được. Living Carbon đã phối hợp với ĐH bang Oregon trồng 468 cây “siêu quang hợp” của mình ngoài thực địa để kiểm tra những câu hỏi trên.

Cuộc tranh luận giữa nhân giống tự nhiên và kỹ thuật di truyền trong nông nghiệp, sau hơn nửa thế kỷ, vẫn chưa ngã ngũ. Nay, tranh luận tiếp tục nóng lên trong lĩnh vực lâm nghiệp. Đúng là chúng ta có thể lai tạo ra “siêu cây”, nhưng cách tiếp cận đó có thể mất nhiều thập kỷ. Mà khi nói đến chống BĐKH, thế giới không còn nhiều thời gian.■