edison sujii impacto a biodiversidade e sa

85
Impacto à Biodiversidade e Serviços Ambientais Edison R. Sujii [email protected]

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Page 1: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Impacto à Biodiversidade e Serviços

Ambientais

Edison R. Sujii

[email protected]

Page 2: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

VIDA NO PLANETA

1,5 milhões de espécies conhecidas

Estimativas:

Eucariotos:

5 a 7 milhões espécies

Procariotos:

30 milhões ou mais?

O que é a Biodiversidade?

Zingler

Page 3: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Biodiversidade

Principais grupos de organismos

Fonte: Q.D. Wheeler. 1990. Ann. Entomol. Soc. Am. 83:1031-47

750 mil 250 mil

125 mil

50 mil

30 mil

Page 4: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Diversidades locais formam mosaicos de biodiversidade nas paisagens Diversidade: Α (alfa), Β (beta) e Γ (gama)

Biodiversidade

Page 5: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Diretos

Indiretos

Base para atividades

Benefícios

Importância da biodiversidade

GMO ERA Project

Page 6: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Benefícios Diretos

(Provimento de recursos):

alimento e fibras

materiais de construção

e abrigo

medicamentos

Biodiversidade

GMO ERA Project

Page 7: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Benefícios Indiretos:

(Sistema Suporte da vida no planeta)

Conversão da luz solar em carboidratos

Reciclagem de nutrientes

Manutenção da mistura de gases na

atmosfera

Geração e manutenção de solos

Controle de populações

Polinização e dispersão

Biodiversidade

GMO ERA Project

Page 8: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Base das Atividades:

Agrícola

Pecuária

Pesqueira

Florestal

Bioprospecção (substâncias e genes)

Biodiversidade

GMO ERA Project

Page 9: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Biodiversidade

Possui um valor intrínseco:

- fornecedora de recursos biológicos,

- exerce funções ecológicas

prestadora de serviços do ecossistema (ambientais)

vitais para a sustentação dos sistemas biológicos.

GMO ERA Project

Page 10: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Biodiversidade - Funções

produção primária

herbivoria

consumidores secundários

polinizadores

dispersores de sementes

plantas invasoras e competidoras

doenças de plantas

detritivoria

decompositores de matéria orgânica

fixação biológica de N

outras funções do ecossisstema solo

Coffee Co.

GMO ERA Project

Page 11: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Valor da Biodiversidade

Esse reconhecimento está expresso

Formalmente

- Convenção da Diversidade Biológica – CDB e Agenda 21

Informalmente

- Manifestações públicas de caráter conservacionista da

população.

Demanda por tecnologias e produtos “verdes”,

GMO ERA Project

Page 12: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Uso de recursos naturais últimos 50 Anos

25% do solo superficial da terra foi perdido

20% das terras agricultáveis indisponíveis

15% de aumento de CO2 na atmosfera

7 a 8 % de perda da camada de Ozônio

Biodiversidade

Dramática taxa de extinções biológicas

GMO ERA Project

Page 13: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Page 14: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Butchart, et al. 2010. Global Biodiversity: Indicators of Recent

Declines. Science 328, 1164

Page 15: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Page 16: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Que fatores estão causando a taxa acelerada

de extinção de espécies observada?

GMO ERA Project

Page 17: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Fatores de Risco a Biodiversidade

Destruição e fragmentação de habitats

Poluição e degradação de habitats

Super exploração de espécies

Efeitos Secundários de Extinções Locais

(simplificação de habitats)

Introdução de animais e plantas

exóticos em novos habitats GMO ERA Project

Page 18: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Introdução de Organismos Exóticos

em Novos Habitats

1. Acidental de organismos indesejáveis

2. Intencional de organismos úteis

2.1. Introdução no meio ambiente de

Organismos Modificados Geneticamente

(OGM)

GMO ERA Project

Page 19: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Efeitos adversos sobre a

biodiversidade

• Por quê avaliar potenciais efeitos adversos

de OGMs sobre a biodiversidade?

OGM = Organismo Geneticamente Modificado

GMO ERA Project

Page 20: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

OGM têm potencial para afetar organismos

alvo e não-alvo da tecnologia

GMO ERA Project

Page 21: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Organismos não-alvo

Espécies/organismos que não são

alvo da modificação genética

introduzida na cultura

GMO ERA Project

Page 22: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Quais são organismos ou espécies alvo (EA)?

Alvo

Batata Bt Cry1Ab

Não-alvo

Traça da batata

Besouro do Colorado

EA

Quais são organismos ou espécies não-alvo (ENA)?

GMO ERA Project

Page 23: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Quais são organismos ou espécies alvo (EA)?

Beringela Bt Cry3Bb

Alvo Não-Alvo

Traça da batata

Besouro do Colorado

EA

Quais são organismos ou espécies não-alvo (ENA)?

GMO ERA Project

Page 24: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Quais são organismos ou espécies alvo (EA)?

Alvo

Cultura1 Batata Bt Cry1Ab

Cultura 2 Beringela Bt Cry3Bb

Alvo Não-alvo

Traça da batata

Besouro do Colorado

ENA

ENA

EA

EA

Quais são organismos ou espécies não-alvo (ENA)?

GMO ERA Project

Page 25: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Efeitos adversos na biodiversidade

• OGMs podem causar efeitos adversos ao ambiente quando:

– Existe experiência limitada da combinação entre a característica introduzida e a cultura;

– A planta GM pode proliferar e dispersar sem a intervenção humana;

– É possível ocorrer troca de genes entre a planta transformada e espécies ou raça não domesticadas;

– A característica inserida confere vantagem adaptativa para a planta GM.

Snow et al. (2005) Ecological Applications

- position paper of the Ecological Society of America

Page 26: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Efeitos adversos na biodiversidade

• Como plantas geneticamente modificadas

afetam de modo adverso a biodiversidade?

– Novas pragas

– Mudança no status de pragas

– Danos aos serviços do ecossistema

– Perda de espécies de valor cultural ou importância

para conservatção

– Extinção local de espécies não-alvo

GMO ERA Project

Page 27: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Pragas

priimária

Praga secundária Algodoeiro

Inseticida não-

seletivo

Novas pragas

Page 28: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Pragas não-alvo: podem levar à mudança de

status de pragas secundárias (ex: café)

Praga primária:

minador

Praga secundária: ácaro

Predador

de praga

secundária

Planta de café

Inseticida

Page 29: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Promotores de crescimento

• Contribuem para aumento de produtividade

• Protege a planta contra pragas

• Aumenta a tolerância a estresses abióticos

1. Leguminosas e Rhizobium (bactéria) - fixação simbiótica de N

2. Plantas e bactérias endofíticas - fixação de N

3. Mycorrhizae - melhora disponibilização de nutrientes e eficiência de uso

4. Bactérias e fungos em raizes, folhas, hastes; bactérias de rizosfera: protegem contra doenças e potencializam a tolerância a estresses abióticos - Pseudomonas and Azospirillum

5. Nematóides benéficos: artigo da Nature - “Recruitment of entomopathogenic nematodes by insect-damaged maize roots”

Relações mutualísticas ou simbióticas

GMO ERA Project

Page 30: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

• Importância dos polinizadores em

sistemas naturais e agrícolas (maracujá,

cucurbitáceas, caju)

• Declínio (crise de polinizadores) em

sistemas naturais e agrícolas devido ao

desmatamento, fragmentação de

habitats, introdução de espécies

exóticas e práticas agrícolas

inadequadas - espécies selvagens de

polinizadores

Polinizadores

GMO ERA Project

Page 31: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Espécies valorizadas

- Espécies com valor para a sociedade

- Pode incluir valores culturais, econômicos, religiosos, estéticos,

conservacionistas.

Exemplos:

- valor cultural e estético: borboleta Monarca na América do Norte

- Valor econômico e cultural: abelha melífera européia

Page 32: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Valor para

conservação

Verificar requerimentos

legais locais

• Raras, ameaçadas de

extinção

• Decrescente em

abundância em ambientes

agrícolas

Page 33: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Exemplo

Valor para conservação:

Ensaios de campo em escala de

propriedades:

Financiado e conduzido como resultado

da preocupação com as populações de

aves que se alimentam de insetos e

sementes de plantas daninhas que

ocorrem em lavouras.

Populações declinaram rapidamente

durante os últimos 30 anos no Reino

Unido

Page 34: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Hora do pão de queijo!

Page 35: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Biodiversidade

Como avaliar efeitos potenciais

adversos de OGM na

Biodiversidade?

GMO ERA Project

Escolha de funções

ecológicas e serviços do

ecossistema

Page 36: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Convenção da Diversidade Biológica

• A economia verde no contexto do

desenvolvimento sustentável e da erradicação da

pobreza.

Page 37: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Biodiversidade

Possui um valor intrínseco:

- fornecedora de recursos biológicos,

- exerce funções ecológicas

prestadora de serviços vitais para a sustentação

dos sistemas biológicos.

GMO ERA Project

Page 38: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Agenda 21:

A Biotecnologia proporcionará benefícios máximos

se existirem protocolos de avaliação da

Biossegurança

Protocolo de Cartagena - Biosegurança:

Avaliação de risco de OGMs deve ser transparente

e em bases científicas

GMO ERA Project

Page 39: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Protocolo de Biossegurança de Cartagena (2001)

Principios gerais para análise de risco

• Base científica

• Aberto, transparente e documentado

• Caso-a-caso (característica-cultura-ambiente receptor)

• Sistemático – estruturado com enfoque passo-a-passo

• Processo sequencial (Iterativo)

• Efeitos adversos (diretos e indiretos, imediatos e

retardados)

Page 40: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Necessidade de avaliar o risco de

OGMs sobre a Biodiversidade?

Efeitos Adversos Potenciais

• Novas pragas

• Mudança no status das pragas atuais

• Danos aos serviços dos ecossistemas

• Perda de espécies de interesse cultural e

conservacionista

• Extinção local de espécies não-alvo

GMO ERA Project

Page 41: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Requerimentos Legais

WTO – International Plant Protection Convention

“Requer uma análise de risco com base científica para tomar

qualquer iniciativa de restrição de comércio internacional”

“efeitos diretos e indiretos nas plantas e seus produtos”

Efeitos são consequencias econömicas (inclusive

consequencias ambientais) na área analisada”. Inclui effeitos

na produtividade e qualidade, custos de produção ou

demandas de insumos, etc.

Page 42: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Requerimentos Legais

Decisão (002/623/EC)

”o objetivo de uma ARA é … baseado em estudos caso a

caso... identificar e avaliar potenciais efeitos dversos…diretos

ou indiretos… imediatos ou retardados…”

Page 43: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

CTNBio, Resolução Normativa nº 5, de 12 de março de 2008:

“Dispõe sobre normas para liberação comercial de Organismos

Geneticamente Modificados e seus derivados.”

Art. 6º. Para efeitos desta Resolução Normativa considera-se:

I – avaliação de risco: combinação de procedimentos ou

métodos, por meio dos quais se avaliam, caso a caso, os

potenciais efeitos da liberação comercial do OGM e seus

derivados sobre o ambiente e a saúde humana e animal.

II – organismo: toda entidade biológica capaz de reproduzir ou

transferir material genético, inclusive vírus e outras classes que

venham a ser conhecidas;

Page 44: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

CTNBio, Resolução Normativa nº 5, de 12 de março de 2008:

“Dispõe sobre normas para liberação comercial de Organismos

Geneticamente Modificados e seus derivados.”

ANEXO IV AVALIAÇÃO DE RISCO AO MEIO AMBIENTE

(A)PLANTAS

“3. os possíveis efeitos em organismos indicadores relevantes (simbiontes, predadores, polinizadores, parasitas ou competidores do OGM) nos ecossistemas onde se pretende efetuar o seu cultivo, em comparação com o organismo parental do OGM em um sistema de produção convencional;”

Como selecionar esses organismos?

Quais organismos indicadores?

Page 45: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Biodiversidade

Como avaliar efeitos potenciais

adversos de OGM na

Biodiversidade?

GMO ERA Project

Page 46: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Estratégias para avaliar riscos a organismos

não alvo e a biodiversidade

GMO ERA Project

Page 47: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Estratégias gerais:

1. “Biodiversidade”

2. Espécies

Vantagens

• Direta

• Potencialmente

completa

• Aparentemente

abrangente

Desvantagens

• Dificuldade para definir

e medir a

“Biodiversidade”

• Estudos de campo em

extensas áreas

• Não permite avaliar os

riscos na fase inicial de

testes OGM

Uso no final

GMO ERA Project

Page 48: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Estratégias gerais:

1. “Biodiversidade”

2. Espécies Uso no final

Vantagens

• Pode ser feito no lab

ou campo

• Pode ser usado em

avaliações iniciais

• Metodologias estão

prontamente

disponíveis

Desvantagens

• Epécies não são caso-

específicas

• Espécies são

indicadores “pobres”

• Inferências algumas

vezes impróprias

• Fácil usar métodos

inadequados

Uso no início

GMO ERA Project

Page 49: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Conclusão:

O uso de enfoque baseado em

espécies é necessário para avaliar os

riscos potenciais de OGMs sobre a

biodiversidade.

O enfoque de biodiversidade pode ser

complementar caso necessário.

GMO ERA Project

Page 50: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

• Espécies indicadoras

universais

•Extrapolação espécies

Resultados:

•Toxicidade aguda

Metodologia:

•Resposta a dose

Limitações para o Principal Modelo Alternativo

Modelo Ecotoxicológico

•Não é caso-a-caso

•Não tem base empírica

ou teórica

•Liberação contínua

•Inacurada para

exposição crônica

•Não é uma única

substância química

Andow and Hilbeck 2004 BioScience

Page 51: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Cultura Fragmentos de vegetação

nativa

Campos

marginais

Outras culturas e pastos

Aquática: nascentes,

ribeirões, lagos

Solo

Biodiversidade no agroecossistema

Page 52: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

>600 espécies não-alvo

de artropódes

Milhares de

espécies?

Muito complexa para avaliação direta

Page 53: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Quais espécies selecionar para testes?

Page 54: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Monocultura do milho (EUA)

>600 espécies não-alvo

Monocultura do arroz (Japão)

>800 espécies não-alvo

(incluindo espécies ameaçadas)

Monocultura Algodão (Brasil)

estimativas de >800 espécies não-alvo

Espécies demais para avaliar todas

GMO ERA Project

Page 55: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Serviços do ecossistema / funções ecológicas

• Inimigos Naturais

• Herbivoros não-alvo

• Polinizadores

• Aves e Mamíferos

• Solos

• Espécies de interesse conservacionista ou

cultural

Criação de

novas pragas Degradação

dos solos

Perda de

Serviços

Ecológicos

Espécies

Ameaçadas

Centenas de possíveis efeitos sobre espécies

GMO ERA Project

Page 56: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Definição de uma função ecológica:

Uma série ou ciclo de processos biológicos, físicos e

químicos que ocorre em um ecossistema

E.g. polinização, fixação biológica de nitrogênio.

Porque trabalhar com funções ecológicas?

- Quando espécies individuais são desconhecidas (ex.

Microrganismos de solo)

- Quando um número muito grande de espécies mais ou

menos conhecidas exercem a mesma função ecológica

GMO ERA Project

Page 57: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Fase 1. Classificação Funcional

• Não requer informação sobre a planta

transgênica, exceto a espécie da cultura

considerada

• Esse passo é caso específico pois

particulariza o agro-ecossistema da cultura

que está sendo analisada

• Simplifica a complexidade do problema de

forma consistente com a teoria ecológica

GMO ERA Project

Page 58: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

A. Grupos Funcionais

(1) pragas / pragas potenciais

(2) inimigos naturais (predadores, parasitóides, parasitos)

(3) patógenos de plantas

(4) ervas daninhas

(5) espécies raras ou ameaçadas

(6) espécies economicamente exploradas

(7) espécies de valor social ou cultural

(1) herbivoria

(2) consumidores secundários

(3) polinizadores

(4) dispersores de sementes

(5) decompositores de matéria orgânica

(6) doenças de plantas

(7) plantas invasoras e competidoras

(8) funções do ecossisstema solo

(9) detritivoria

(10) espécies com função ecológica desconhecida

Antropocêntrico: Ecológico:

GMO ERA Project

Page 59: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Relacionando Grupo Funcional

com Efeito Adverso

Grupos funcionais ajudam a separar as rotas

Exemplo: efeitos adverseos na produção de

uma cultura

Muitas rotas causais podem levar ao

mesmo efeito adverso

Page 60: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Aumento de pragas

Menor

produção

da cultura

Aumento de

insetos praga

Aumento

Fitopatógenos

Plantas

invasoras

Page 61: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Falha do controle biológico

Menos

Predadores

Menos

Parasitóides

Menos

patógenos

Pest

Outbreak

Menor

produção

da cultura

Page 62: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Grupo

funcional

Efeito

adverso

Função

ecológica

Aumento

Praga

Falha do

controle

biológico

parasitóides

predadores

patógenos

Grupos funcionais para separar rotas

Menor

produção

da cultura

Page 63: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Redução da Polinização

Algumas culturas necessitam

de polinização animal

Redução

polinização

Redução de

polinização

Menor

produção

da cultura

Page 64: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

GMO ERA Project

Análise de Risco Ambiental

Como avaliar efeitos potenciais

adversos de OGM na

Biodiversidade?

GMO ERA Project

Page 65: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Identificação do perigo

Formulação do problema

Avaliação

da exposição Avaliação

do efeito

Caracterização

do risco

Estratégias de

manejo do risco

Monitoramento

e Avaliação

Avaliação

do risco

Manejo

do risco EPA 1998

EU 2002

Page 66: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Significância funcional no sistema de cultivo

Priorizar Espécies ou grupos

Identificação Rotas de

Exposição

Identificação Rotas Efeitos

Adversos

Construção Hipóteses de Risco

Priorizar hipóteses para espécies selecionadas ou processos

Selecionar e conduzir Experimentos

Identificação dos possíveis efeitos adversos sobre os serviços ambientais no ambiente receptor

Decisão baseada em

Dados Hipótese pode ser descartada

Hipótese confirmada

Caso (característica, cultura, ambiente receptor)

Associação com a cultura

Priorizar Grupos Funcionais

Definição do Caso (levantamentos de

informação)

Etapa (Tier) 1

Etapa (Tier) 2

Modelo conceitual Formulação do Problema

Caracterização do Risco

Especificação de medidas do efeito adverso (endpoints)

Identificação da cadeia causal entre o estressor e o efeito

adverso

Etapa (Tier) 3 Planejamento Experimental

Fase de análise Tier 4...n

Caracterização da Exposição Caracterização do Efeito Adverso

Page 67: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Significância funcional no sistema de cultivo

Identificação dos possíveis efeitos adversos sobre os serviços ambientais no ambiente receptor

Caso (característica, cultura, ambiente receptor)

Associação com a cultura

Priorizar Grupos Funcionais

Definição do Caso (levantamentos de

informação)

Etapa (Tier) 1

Modelo conceitual Formulação do Problema

Definição do Caso

(levantamentos de informação)

Page 68: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Definição de ‘caso’

De acordo com as recomendações do

Protocolo de Cartagena Protocol

- organismo (e a sua biologia)

- característica (efeito intencional)

- ambiente receptor (uso intencional)

GMO ERA Project

Page 69: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Exemplo de um ‘caso’: algodão Bt

Organismo: algodão (anual, herbáceo, floração, produto

coletado: frutos)

Característica / Efeito intencional: expressão da toxina

Bt / resistência contra pragas alvo

Ambiente receptor / uso intencional: 3 principais regiões no Brasil:

NE – Caatinga / propriedades pequenas, baixo input, agricultura

de subsistência

CO - Cerrado / grandes propriedades, alto input, cash cropping

Centro-Sul – Floresta tropical / pequenas propriedades, alto

input, cash cropping

GMO ERA Project

Page 70: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Escolhendo grupos funcionais importantes com base no caso

– Fenótipo, tipo de característica

– Cultura

– Ambiente receptor

Categorias Funcionais e relação com os efeitos adversos

potenciais

(ex. Algodão Bt)

GMO ERA Project

Page 71: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Critério Caracteristicas Função ecológica

associada / prática

agronômica

Tipo de organismo

afetado (grupo) /

processo(s)

I. Crultura (biologia)

Tipo de reprodução? Alógama/autogama, flores Pollinizaçãot, herbivoria

de partes reprodutivas

Visitantes florais e

polinizadores

Sementes (multiplicação

por sementes

certificadas?)

(Semente) herbivoria/

produção de sementes

Predadores de sementes

Estágios de

desenvolviemnto

sensíveis? Fatores?

Mudas Competiçào plantas,

patogenos

Plantas invasoras,

doenças

Susceptibilidade para

doençaas?

Sim, doenças fungicas,

bacterianas e viroses

Patologia de plantas fitopatógenos

Simbiose com fixadores

de nitrogenio?

Não --- ---

São esperados

exudados e secreções

em partes da planta?

Raízes, pólen e nectar Biota da Rhizosfera e

Mycorrhiza, Nectar e

polen como recurso

alimentar

Biota de solo, visitantes

florais

Caso exemplo – Algodão Bt no Brasil

Page 72: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Main Criteria Characteristics Associated ecological

function / agricultural

practice

Type of affected

organism (group) /

process(es)

I. Crop (biology) cont’d

Input routes of

transgenic plant parts

and transgene products

What plant residues are

expected/ in what

quantities before

harvest?

Some leaf, flower, stem

and root material, pollen in

small quantities

Plant material

decomposition, nutrient

recycling

Detrivores (macro- and

microorganisms)

What plant residues are

expected/ in what

quantities after harvest?

Large quantities of roots,

leaves and stems

Plant material

decomposition, nutrient

recycling

Detrivores (macro- and

microorganisms)

Case example - Bt-cotton in Brazil

Page 73: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Main Criteria Characteristics Associated ecological

function / agricultural

practice

Type of affected

organism (group) /

process(es)

II. Trait - intended effect

Novel transgene product

expressed? If yes, which

type? Intended effect?

Yes, Bt-based insecticidal

toxins.

Protection against target

Lepidoptera pests

Herbivory of non-target

pests

Non-target herbivores,

including other pests, farm

animals, wild animals

Metabolites eliminated or

reduced?

No --- ---

Metabolites increased? No --- ---

Application of

corresponding chemical

required? If yes, which?

No --- ---

Antibiotic resistance

present? If yes, which?

No --- ---

Other relevant

transgenes present? If

yes, which?

Regulatory elements,

promotors and terminators

Horizontal gene transfer Relevant microbes?

Case example - Bt-cotton in Brazil

Page 74: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Main Criteria Characteristics Associated ecological

function / agricultural

practice

Type of affected

organism (group) /

process(es)

III. Receiving environment - intended use: Farming system(s) per region

Intended/anticipated

scale of release?

NE: small scale

CW: large scale

South: large scale

Area under cotton

production

Cotton production

processes

Intensification enhanced,

reduced or unaffected?

NE: possibly little

enhanced

CW & South: enhance

More and larger

monocultures

Cotton production

processes

How many crop

production cycles?

NE: 2-3? All year round

CW (1?); South: (1?)

Crop rotation,

intercropping

Weeds, diseases, pests as

result of altered cotton

production

Crop production?

Intensive to subsistence

NE: subsistence, low input

CW & South: industrial,

high input

Changes of pests and

diseases due to

intensification

Weeds, diseases, pests as

result of altered cotton

production: possibly

reduced crop rotation,

intercropping, etc.

Farming practise

Chemical intensive,

integrated, organic?

NE: low-chemical input,

some organic

CW and South: high

chemical input, very little

organic

Changes in chemical pest

management, driven by

non-target pests

Secondary non-target

pests, possible

interactions with diseases

and their insect vectors

Case example - Bt-cotton in Brazil

Page 75: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Main Criteria Characteristics Associated ecological

function / agricultural

practice

Type of affected

organism (group) /

process(es)

III. Receiving environment - intended use: b) Farming system(s) per region - cont’d

Expanding production

zones? If yes, to what

degree?

No? --- ---

Replacing other crops

(loss, shift, addition)?

No? --- ---

Use of harvested

products?

Fiber = textiles

Live plant residues =

animal grazing?

Seeds = oil, feed?

Wild and domesticated

grazers

Farm animals

Wild animals

Recycling of plant

residues after use?

Press cakes from seeds

Dung from Bt-cotton fed

animals

Compost of plant residues

and dung

Compost and dung macro-

and micro-organims

Case example - Bt-cotton in Brazil

Page 76: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Main Criteria Characteristics Associated ecological

function / agricultural

practice

Type of affected

organism (group) /

process(es)

III. Receiving environment - intended use: Local conditions

Soil types

(heavy to light)?

NE: ???

CW: ???

South: ???

Organic matter

decomposition, soil

moisture retention capacity

Macro-, meso- and micro-

decomposers

Soil macro-organisms

influencing soil water

household

Region-specific, soil-borne

diseases and pests

Nematodes, fungi, etc.

Organic matter content

(high to low)?

NE: ???

CW: ???

South: ???

Degradation of plant

material containing

insecticidal compounds,

mineralisation, nutrient

recycling

Decomposers and

mineralizers (micro-,

meso-, and macro-

organisms)

Prone for soil erosion? NE: No?

CW: No?

South: No?

--- ---

Case example - Bt-cotton in Brazil

Page 77: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Criterio Caracteristicas Função ecologica

associada/ prática

agronômica

Tipo de organismos

afetado (grupo) /

processo(s)

III. Ambiente receptor – Uso pretendido: Região

Regiões produtoras? NE (Caatinga, mata

úmida), CO (Cerrado),

Sul/Sudeste (floresta

tropical)

NE: tropical ecosystem

functions

CW & South: subtropical

and steppe ecosystem

functions

Região especifica

(processos e biota locais)

Estrutura da paisagem?

Fragmentad, uniform

plana, mountanhnoso, ,

etc.

NE: hilly terrain?

CO: flat plains, highland

S/SE flat plains, lowland?

Scale of production,

intensification of

production

Region-specific biota

Impacto dos tipos

climaticos na produção

do OGM?

Tropical, temperado..

NW: Tropical

CO & S/SE: subtropical

Length of production

season - exposure to Bt-

toxin

Organisms associated with

altered production cycles

Caso exemplo – Algodão Bt no Brasil

Page 78: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Algodão Bt

Efeito Adverso →

Grupos Funcionais

Cu

ltura ↓

Sol0

fun

ções ↓

Outras

ativ.

econ

. ↓

Valo

r

Cu

ltural ↓

Valo

r

consrv. ↑

Qualid

amb ↓

Sau

de

hu

man

a↑

Herbivoros praga X X X

Predadores/Parasitóides X

Polinizadores X X X

Decompositores do solo X X X

Espécies ameaçadas X

Doença de plantas X

Page 79: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

A. Grupos Funcionais

(1) pragas / pragas potenciais

(2) inimigos naturais (predadores, parasitóides, parasitos)

(3) patógenos de plantas

(4) ervas daninhas

(5) espécies raras ou ameaçadas

(6) espécies economicamente exploradas

(7) espécies de valor social ou cultural

(1) herbivoria

(2) consumidores secundários

(3) polinizadores

(4) dispersores de sementes

(5) decompositores de matéria orgânica

(6) doenças de plantas

(7) plantas invasoras e competidoras

(8) funções do ecossisstema solo

(9) detritivoria

(10) espécies com função ecológica desconhecida

Antropocêntrico: Ecológico:

Vietnam – algodão Bt

GMO ERA Project

Page 80: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

A. Grupos Funcionais

(1) pragas / pragas potenciais

(2) inimigos naturais (predadores, parasitóides, parasitos)

(3) patógenos de plantas

(4) ervas daninhas

(5) espécies raras ou ameaçadas

(6) espécies economicamente exploradas

(7) espécies de valor social ou cultural

(1) herbivoria

(2) consumidores secundários

(3) polinizadores

(4) dispersores de sementes

(5) decompositores de matéria orgânica

(6) doenças de plantas

(7) plantas invasoras e competidoras

(8) funções do ecossisstema solo

(9) detritivoria

(10) espécies com função ecológica desconhecida

Antropocêntrico: Ecológico:

Brasil – Algodão Bt

GMO ERA Project

Page 81: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Seleção de grupos funcionais:

– Associação de efeitos adversos e funções

– Priorização de grupos funcionais –

considerando valores (negociação e consenso):

e características agronômicas

– “Endpoint” para grupos não selecionados

GMO ERA Project

Page 82: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Significância funcional no sistema de cultivo

Priorizar Espécies ou grupos

Identificação Rotas de

Exposição

Identificação Rotas Efeitos

Adversos

Construção Hipóteses de Risco

Priorizar hipóteses para espécies selecionadas ou processos

Selecionar e conduzir Experimentos

Identificação dos possíveis efeitos adversos sobre os serviços ambientais no ambiente receptor

Decisão baseada em

Dados Hipótese pode ser descartada

Hipótese confirmada

Caso (característica, cultura, ambiente receptor)

Associação com a cultura

Priorizar Grupos Funcionais

Definição do Caso (levantamentos de

informação)

Etapa (Tier) 1

Etapa (Tier) 2

Modelo conceitual Formulação do Problema

Caracterização do Risco

Especificação de medidas do efeito adverso (endpoints)

Identificação da cadeia causal entre o estressor e o efeito

adverso

Etapa (Tier) 3 Planejamento Experimental

Fase de análise Tier 4...n

Caracterização da Exposição Caracterização do Efeito Adverso

Page 83: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

A Case Study of Bt

Maize in Kenya

Edited by A. Hilbeck and D.A.

Andow. CABI 2004.

GMO ERA Project www.gmo-guidelines.info

Page 84: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

GMO ERA Project

Methodologies for

Assessing Bt Cotton

in Brazil

Edited by A. Hilbeck, D.A.

Andow and E.M.G. Fontes.

CABI 2006.

GMO ERA Project www.gmo-guidelines.info

Page 85: Edison sujii impacto a biodiversidade e sa

Carmen S. Soares Pires

Debora Pires

Edison R. Sujii

e.mail: edison.sujii@embrapa .br