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Les cultures génétiquement modifiées telles que le maïs, le coton et les pommes de terre portent un gène bactérien de Bacillus thuringiensis (Bt) qui produit une toxine mortelle pour les larves d'insectes. D'autres variétés sont conçues pour résister à des herbicides spécifiques. Si ces progrès promettent de soutenir une population mondiale croissante, ils soulèvent également d'importantes préoccupations pour la biodiversité.
Les herbicides sont toxiques pour de nombreuses espèces. Lorsqu’ils sont appliqués sur de vastes paysages agricoles, ils s’infiltrent dans les écosystèmes environnants. L’adoption généralisée de cultures résistantes aux herbicides augmenterait l’utilisation globale des herbicides, amplifiant ainsi l’afflux de produits chimiques nocifs dans les habitats naturels. Ces produits chimiques peuvent éradiquer les plantes indigènes qui fournissent de la nourriture à la faune, empoisonner directement les amphibiens et, à terme, réduire la biodiversité.
Lorsque des gènes issus de cultures génétiquement modifiées (GM) pénètrent dans l’environnement, ils peuvent perturber les communautés végétales naturelles, menacer la biodiversité et contaminer les réserves alimentaires humaines. En septembre 2000, une variété de maïs Bt non approuvée, StarLink, a été détectée dans des coquilles de tacos aux États-Unis. Au cours des mois suivants, StarLink est apparu dans divers produits à base de maïs jaune, certains à l'étranger. Les premières enquêtes ont suggéré que les producteurs n'avaient pas reçu d'instructions claires ou qu'on leur avait dit que la variété serait approuvée avant la récolte. Les points d’entrée exacts dans la chaîne d’approvisionnement restent inconnus, mais l’incident illustre comment les gènes génétiquement modifiés peuvent infiltrer les systèmes alimentaires. Une série de Cornell Cooperative Extension rapporte que StarLink pourrait avoir atteint plus de la moitié des approvisionnements en maïs des États-Unis.
Les régions présentant une grande diversité de cultures sont particulièrement vulnérables aux croisements avec des variétés locales. Le Mexique, qui abrite plus de 100 types de maïs uniques, interdit le maïs génétiquement modifié, mais des gènes provenant de variétés génétiquement modifiées ont été détectés dans le maïs mexicain. Les recherches menées par des généticiens des plantes de l'UC Riverside montrent que le flux génétique provenant de cultures sélectionnées de manière conventionnelle peut accroître le caractère adventice des espèces sauvages apparentées, certaines cultures génétiquement modifiées devenant des mauvaises herbes. Les tournesols transgéniques, par exemple, peuvent produire 50 % de graines de plus que leurs homologues conventionnels, ce qui soulève des inquiétudes quant au fait que les plantes génétiquement modifiées pourraient progressivement déplacer une précieuse diversité génétique.
Les toxines Bt produites par les cultures génétiquement modifiées constituent une menace pour la biodiversité. Le Sierra Club a qualifié le génie génétique de dangereux pour l'environnement. Une étude de l'Université Cornell démontre que la toxine Bt tue les larves d'espèces bénéfiques non ciblées telles que les papillons nocturnes, les papillons, les chrysopes et les coccinelles. La toxine persiste dans les systèmes racinaires et les résidus végétaux du maïs Bt longtemps après la récolte, affectant des millions de micro-organismes du sol qui maintiennent la fertilité. Lorsque la toxine Bt se lie aux particules du sol, elle peut rester active pendant deux à trois mois, ce qui a un impact négatif sur les invertébrés aquatiques et du sol et perturbe les processus de cycle des nutriments dans les communautés bactériennes.