探索设计拯救气候的“超级树”的内幕

一家硅谷初创公司希望为树木增压，以吸收更多的碳并冷却气候。这是伟大的气候解决方案还是大量的炒作？

五千三百万年前，地球比今天温暖得多。即使是北冰洋也是温暖的50 F——一个近乎热带的环境，看起来像佛罗里达，到处都是摇曳的棕榈树和流浪的鳄鱼。

然后世界似乎转向了。大气中的碳含量急剧下降，事情开始冷却到今天的“冰屋”条件，这意味着冰川可以持续到两极之外。

几十年来，导致这种变化的原因尚不清楚。最终，钻入北极泥浆的科学家们发现了一个潜在的线索：一层厚达20米的淡水蕨类化石。该地点表明，北冰洋可能已经覆盖了一段时间，被巨大的小叶水生阿佐拉蕨类植物覆盖。阿佐拉斯是地球上生长最快的植物之一，科学家们推测，如果这种蕨类植物覆盖海洋，它们可能会消耗大量的碳，帮助清除大气中的温室气体，从而冷却地球。

生物技术初创公司Living Carbon的古生物学家兼首席技术官帕特里克·梅勒（Patrick Mellor）从这些小型蕨类植物的故事中看到了一个教训：光合作用可以拯救世界。不过，某些侥幸的条件似乎帮助了阿佐拉人。当时大陆板块的排列意味着北冰洋大部分是封闭的，就像一个巨大的湖泊，允许一层薄薄的淡水聚集在上面，创造了蕨类植物所需的条件。至关重要的是，当每一代蕨类植物死亡时，它们会沉淀在更咸的水中，这有助于抑制腐烂，防止微生物将蕨类植物储存的碳释放回大气中。

梅勒说，我们不能等待数百万年才能让合适的条件回归。如果我们想让植物再次拯救气候，我们必须推动它们前进。“我们如何设计人为的Azolla事件？”他说。“这就是我想做的。”

在Living Carbon，Mellor正试图设计出比自然树生长更快、吸收更多碳的树木，以及能够抵抗腐烂的树木，将碳排除在大气之外。今年2月，在他共同创立该公司不到四年后，该公司在佐治亚州的一片低地森林中种植了第一棵“光合作用增强”杨树，成为头条新闻。

显然，这是一个突破：它是美国第一个包含转基因树木的森林。但还有很多我们不知道的地方。这些树木将如何影响森林的其余部分？他们的基因会传播多远？它们在从大气中吸收更多碳方面到底有多好？

Living Carbon已经将其新森林的碳信用额出售给有兴趣付费抵消部分温室气体排放的个人消费者。他们正在与大公司合作，他们计划在未来几年向这些公司提供信贷。但研究森林健康和树木光合作用的学者质疑树木是否能够像宣传的那样吸收尽可能多的碳。

就连俄勒冈州立大学（Oregon State University）著名的树木遗传学家史蒂夫·施特劳斯（Steve Strauss）也曾在Living Carbon的科学顾问委员会任职，并为该公司进行田间试验，他在第一次种植前几天告诉我，这些树可能不如天然杨树生长得那么好。“我有点矛盾，”他说，“他们正在推进这个 - 所有的公关和融资 - 我们不知道它是否有效。

一个想法的根源

在光合作用中，植物从大气中吸收二氧化碳，并利用阳光的能量将其转化为糖。他们燃烧一些糖作为能量，并用一些糖来制造更多的植物物质 - 碳的储存。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一个研究小组推动了这一过程，并于2019年初发表了他们的研究结果。他们解决了RuBisCO提出的一个问题，RuBisCO是许多植物用来抓取大气碳的酶。有时酶会意外地与氧气结合，这是一个错误，会产生类似于毒素的东西。当植物处理这种材料时，它必须燃烧一些糖，从而将碳释放回天空。植物吸收的四分之一或更多的碳可以通过这个过程被浪费，称为光呼吸。

研究人员将基因插入烟草植物中，帮助他们将毒素样物质转化为更多的糖。这些经过基因调整的植物比对照组长了25%。

这一突破为世界自然景观带来了好消息：如果这种遗传途径产生更高产的作物，我们将需要更少的农田，保留原本必须清除的森林和草原。至于植物长期去除大气碳的能力，新技巧并没有多大帮助。每年，作物生物质中的大部分碳在被微生物、真菌或人类消耗后都会返回大气。

尽管如此，这一结果还是引起了麦迪·霍尔（Maddie Hall）的注意，她是几家硅谷初创公司的资深人士，有兴趣推出自己的碳捕获企业。霍尔联系了领导该项目的生物学家唐纳德·奥特（Donald Ort），并了解到同样的调整可能会在树木上起作用 - 树木在地下停留的时间足够长，可以作为潜在的气候解决方案。

2019年底，霍尔为她的创业公司定了名字：Living Carbon。不久之后，她在一次气候会议上遇到了梅勒。梅勒当时担任远见研究所的研究员，这是一个专注于雄心勃勃的未来技术的智囊团，并且对像Pycnandra acuminata这样的植物产生了兴趣。这种树原产于南太平洋新喀里多尼亚群岛，从土壤中吸收大量镍。这可能是对昆虫的一种防御，但由于镍具有天然的抗真菌特性，因此产生的木材不易腐烂。梅勒认为，如果他能将正确的基因转移到更多的物种中，他就可以设计他的Azolla事件。

在某些方面，Living Carbon的目标很简单，至少在光合作用方面是这样：采用已知的遗传途径并将它们置于新物种中，这一过程已经在植物身上进行了近40年。“这些东西有很多神秘化的地方，但实际上它只是一套实验室技术，”梅勒说。

由于梅勒和霍尔都没有丰富的基因转化经验，他们聘请了外部科学家来做一些早期的工作。该公司专注于在树木中复制Ort的增强光合作用途径，针对两个物种：杨树，由于其经过充分研究的基因组而受到研究人员的欢迎，以及Loblolly松树，一种常见的木材物种。到2020年，经过调整的树木已经种植在旧金山的一个种植室，一个改建的录音室。改良杨树很快显示出比Ort烟草植物更有希望的结果。2022 年初，Living Carbon 的团队在预印本服务器 bioRxiv 上发表了一篇论文，声称表现最好的树在五个月后比对照组多出 53% 的地上生物量。（该论文的同行评审版本发表在四月份的《森林》杂志上。