Перший синтетичний гербіцид, 2,4-дихлорфеноксиоцтова кислота (2,4-Д), з'явився у 1940-х роках. Його використовували переважно для боротьби з бур'янами на посівах зернових. Приблизно через 10 років, у 1956 році, в Канаді з'явилися перші свідчення появи стійких бур'янів (Daucus carota, або «мереживо королеви Анни»).

З моменту свого впровадження в 1970-х роках гліфосат поступово став одним з найважливіших засобів боротьби з бур'янами, який отримав високу оцінку за свою ефективність і широкий спектр дії. Він відповідає багатьом сільськогосподарським і регуляторним вимогам - ефективний, відносно недорогий, підвищує врожайність культур, безпечний для людей і рослин, сконструйованих таким чином, щоб уникнути його гербіцидних функцій.

Однак широке, а часом і нерозбірливе використання гліфосату призвело до значних агрономічних проблем: розвитку стійких до гліфосату бур'янів. Перший бур'ян, стійкий до гліфосату, був виявлений в Австралії в 1996 році. Це був перший рік, коли гліфосат під торговою маркою «Монсанто», «Roundup Ready», став доступним, але лише для сої. Невдовзі після цього в одному з садів Нового Південного Уельсу було виявлено стійкий бур'ян райграс.

Гліфосат діє на фермент 5-енолпірувілшикімат-3-фосфатсинтазу (EPSPS), який необхідний для синтезу ароматичних амінокислот у рослинах. Пригнічуючи цей фермент, гліфосат ефективно знищує широкий спектр видів бур'янів. Однак при повторному застосуванні певні популяції бур'янів, такі як щириця Палмера, розвивають стійкість до нього.

Збільшення використання гліфосату, пов'язане зі стійкими до гербіцидів ГМО-культурами, поступово стало приводом, який використовували групи активістів, щоб налаштувати громадськість проти біотехнологічної революції в сільському господарстві. Коли деякі фермери не застосовували гербіциди в рамках програми інтегрованої боротьби з бур'янами, активісти підняли бурю, оскільки проблеми з бур'янами загострилися.

Але, як зазначили у відділі агробіологічних досліджень Мічиганського державного університету, це явище не є унікальним для гліфосату; виключне використання майже будь-якого гербіциду може призвести до появи стійких до нього бур'янів.

Нові проблеми з бур'янами, шкідниками та біорізноманіттям, з якими стикається сучасне сільське господарство, не пов'язані безпосередньо з використанням ГМО-культур, а скоріше з тим, що їхні властивості розглядаються як остаточне рішення проблем боротьби з бур'янами та шкідниками. Ставлення до ГМО-культур як до одного з багатьох інструментів у плані управління допоможе обмежити поширення супербур'янів і вторинних шкідників, а також зберегти біорізноманіття ландшафту.

Стійкі штами бур'янів продовжують випереджати розвиток гербіцидів, і це частково зумовлено величезним успіхом гліфосату.

Зараз зафіксовано більше стійких до гліфосату бур'янів, включаючи бур'яни, знайдені на фермах, де вирощується соя «Roundup-Ready». Згідно зі звітом Університету штату Айова, до них відносяться:

Rigid Ryegrass (Lolium rigidum Gaud) у системі виробництва пшениці в Австралії та Каліфорнії;

Italian ryegrass в Чилі;

Goosegrass у Малайзії;

Horseweed (marestail) у східних, середньо-західних та південно-східних регіонах США.

У штаті Айова зазначили, що біохімічні механізми для всіх, окрім гусятника, залишаються невідомими. І зараз, згідно з Міжнародною базою даних бур'янів, стійких до гербіцидів, понад 50 видів бур'янів стійкі до гліфосату.

Але рішення полягає не в тому, щоб повернути сільське господарство в 19 століття, а в розробці нових гербіцидів, які долають - або обходять - резистентність.

То які вони, ефективні альтернативи гліфосату?

Незнання механізмів резистентності є одним з декількох факторів, які ускладнюють розробку гербіцидів. Щоб уникнути (або принаймні відтермінувати) резистентність, новий гербіцид повинен мати новий механізм дії. Але за останні 40 років з'явився лише один гербіцид з новим механізмом дії.

У 2012 році Стів Дюк з Університету Міссісіпі опублікував статтю, в якій показав, що в 1997 році в США було видано 432 патенти на нові гербіциди. До 2009 року ця кількість скоротилася до 65. Частково це зниження пояснюється популярністю гліфосату - навіщо змагатися з успіхом?

Ще однією проблемою є вартість і час, необхідні для розробки нового продукту. Наразі для створення нового сільськогосподарського хімікату необхідно перевірити 100 000 сполук, що коштує понад 200 мільйонів доларів і може зайняти від 8 до 10 років.

Не маючи життєздатної альтернативи гліфосату, вчені повинні знайти нові способи дії. За даними Комітету з боротьби зі стійкістю до гербіцидів, існує 25 способів дії гербіцидів, які, як правило, передбачають пряму інактивацію ферменту, що є ключовим для росту та/або функціонування рослини. До них відносяться, наприклад, інгібітори нуклеїнових кислот, інгібітори внутрішньої збірки мікротрубочок або інгібітори синтезу жирних кислот. На жаль, з 1984 року було відкрито лише один новий спосіб дії.

Революція в оміці

Що може допомогти виявити нові способи дії, які можуть призвести до створення нових гербіцидів? Швидко зростаюча галузь «мультиоміки» є багатообіцяючою. Ця сфера досліджень включає знайомі напрямки відкриттів у геноміці та протеоміці, але також охоплює широкий спектр клітинних функцій, включаючи «транскриптоміку» (вивчення мРНК) та «метаболоміку» (молекули, що беруть участь у виробництві та споживанні енергії клітинами). Ці «омічні» області (які важко визначити, і кожні кілька місяців з'являється багато інших «омічних» областей), які вже використовуються у фармацевтичній розробці, можуть призвести до створення унікальних нових способів дії гербіцидів для боротьби з резистентністю

Однією з проблем при розробці традиційних гербіцидів був їхній єдиний спосіб дії, що реагував на «резистентність на основі сайту-мішені», або TSR (target-site based resistance). Цей тип резистентності пов'язаний з точковою мутацією, делецією одного кодону або надмірною експресією гена-мішені. Створення хімічної речовини для протидії цим особливим подіям спочатку може бути ефективним, але з часом стає жертвою резистентності.

Більш потужна резистентність виникає через так звану «резистентність на основі нецільових ділянок» (NTSR), яка включає зміни в метаболізмі, зменшення поглинання гербіциду та здатність адаптуватися до кисневих радикалів (які часто використовуються для знищення рослин).

Сучасні високопродуктивні технології, засновані на різних «оміках», можуть допомогти нам зрозуміти складність стійких бур'янів і, відповідно, розробити нові способи дії. А оскільки ці способи є більш інтегрованими, бур'янам складніше розвинути резистентність. Але сама по собі геноміка не дозволить розробити більше способів дії. Наприклад, експресія генів може залишатися постійною, в той час як рівень метаболізму може сильно змінюватися.

Дослідницька група з Чехії нещодавно опублікувала огляд у журналі Frontiers in Plant Science, в якому визнала, що «було вжито недостатньо заходів для інтеграції численних досліджень на основі оміки для з'ясування механізмів стійкості до гербіцидів у економічно важливих бур'янів». Навіть у своєму огляді вони обмежили свій пошук транскриптомікою та метаболізмом. «У майбутньому знадобляться геномні аналізи бур'янів з високою роздільною здатністю», - додали вони.

Хоча жоден гербіцид не може зрівнятися з гліфосатом за ефективністю широкого спектру дії та економічною ефективністю, деякі альтернативи та інтегровані підходи можуть стати його замінниками, хоча і не мають його профілю ефективності та безпечності. Глузофінат, дикамба, 2,4-Д та паракват не можуть замінити гліфосат.

Хоча розробка фунгіцидів та інсектицидів також відставала протягом останніх кількох десятиліть, гербіциди представляють собою ще більш унікальний і грандіозний виклик, що вимагає рішень для складних рослин. Рослини розвинули дуже складний хімічний захист (включаючи стійкість до інших хімічних речовин) з дуже вагомої причини - вони не можуть втекти і не можуть сховатися.

Аналіз гліфосату

Чи існують нехімічні альтернативи? Механічна прополка працює, але вона дуже неефективна і призводить до вивільнення вуглецю з ґрунту, що посилює нестабільність клімату. Значення покривних культур та біологічного контролю обмежене. Єдина стратегія, яка працює зараз і в осяжному майбутньому, - це інтегрована боротьба з бур'янами. А для цього потрібен найкращий і найбезпечніший з наявних пестицидів - гліфосат.

Сумна іронія полягає в тому, що значна частина екологічного руху, всупереч науковому консенсусу, залишається непохитною у своїй опозиції до всіх сільськогосподарських хімікатів, включаючи гліфосат. Хемофобія була частиною нашої культури протягом десятиліть, але вона прискорилася після спірної оцінки гліфосату, виданої суперечливим Міжнародним агентством з вивчення раку, яке оцінює так звану «небезпеку». У 2015 році воно опублікувало монографію, в якій на основі трьох десятків досліджень з понад трьох тисяч наявних, дійшло висновку, що гліфосат є можливим канцерогеном для тих, хто його застосовує, але не стверджувало, що його мікросліди в продуктах харчування становлять будь-яку відому шкоду.

Можна з упевненістю сказати, що жодна незалежна агенція з нагляду за хімічними речовинами або регуляторна агенція з оцінки ризиків, більшість з яких переглянули сотні, а в деяких випадках і тисячі досліджень, не погоджується з цією оцінкою. Їхні висновки проілюстровані на інфографіці. [Натисніть тут, щоб завантажити pdf-версію].

19 регуляторних та дослідницьких агентств - усі незалежні - включаючи звіт Європейського агентства з безпеки харчових продуктів за 2023 рік, одностайно дійшли висновку, що немає переконливих доказів того, що гліфосат може бути пов'язаний з онкологічними захворюваннями. EFSA «не виявило критичних сфер, що викликають занепокоєння». Цей консенсус є більш універсальним, ніж віра в те, що людина є вирішальним фактором зміни клімату.

Як відреагували на ці висновки органічний рух та екологічні неурядові організації, що виступають проти біотехнологій, такі як Екологічна робоча група, Грінпіс та Сьєрра-клуб? Показовою є реакція на рішення Мексики призупинити на невизначений термін заплановану заборону гліфосату.

«Чиновники, які фінансуються американськими платниками податків, переплетені з інтересами великих агрохімічних компаній, таких як китайська Syngenta і німецька Bayer AG», - пише Кері Гіллам на інтернет-сторінці громадської думки The New Lede. Її веде Робоча група з охорони навколишнього середовища, а фінансують органічна промисловість і юристи, які використовують її колонки як юридичну кашу для позовів до агробізнесу через нібито проблеми зі здоров'ям, спричинені гліфосатом та іншими хімікатами для рослинництва.

Гіллам повторює бездоказову заяву активістів-антибіотехнологів про те, що між Міністерством сільського господарства США, Агентством з охорони навколишнього середовища та лобістською групою Crop Life America існує активна змова з метою просування «пестицидів, що викликають рак», таких як гліфосат.

Сільськогосподарська та наукова спільноти мають іншу, майже одностайну думку: жодне регуляторне хімічне консультативне агентство у світі не дійшло висновку, що гліфосат викликає рак у продуктах харчування або при застосуванні аплікаторами. Але перемоги в судах не є доказом.

«Жоден регуляторний орган з регулювання пестицидів у світі наразі не вважає, що гліфосат викликає рак у людей на тих рівнях, на яких люди наразі піддаються його впливу», - йдеться у висновку Міністерства охорони здоров'я Канади.

Відомості про авторів цього дослідження:

Джон Ентін є виконавчим директором проекту «Генетична грамотність. Bio. Слідкуйте за ним на X @JonEntine

Ендрю Портерфілд - письменник і редактор, співпрацював з численними академічними установами, компаніями та некомерційними організаціями у сфері медико-біологічних наук. BIO. Слідкуйте за ним на X @AMPorterfield