Can We Hack Photosynthesis to Feed the World? | Steve Long | TED

المترجم: Ayman Hosny المدقّق: gaith Takrity

Today, nearly one in 10 is food insufficient.

اليوم، يعاني واحد من كل 10 تقريبًا من نقص الغذاء.

That number has been rising every year since 2014,

هذا الرقم آخذ في الارتفاع كل عام منذ عام 2014،

and it's forecast to become considerably worse

ومن المتوقع أن يصبح أسوأ بكثير

over the next two to three decades.

خلال العقدين أو العقود الثلاثة القادمة.

This is especially true for the poorer countries of Africa and Asia,

وينطبق هذا بشكل خاص على البلدان الأكثر فقرًا في إفريقيا وآسيا،

where the rise in demand

حيث يتجاوز ارتفاع الطلب

is outpacing the rise in our ability to supply.

قدرتنا في زيادة المعروض.

I want to tell you how the most important process

أريد أن أخبركم كيف أنه يمكن لأهم عملية

on the planet,

على هذا الكوكب،

boosting that process, photosynthesis,

من خلال تعزيز هذه العملية، وهي التمثيل الضوئي،

could alleviate this problem.

أن تخفف من هذه المشكلة.

How photosynthesis works

كيف تعمل عملية التمثيل الضوئي

is that plants remove carbon dioxide from the atmosphere,

هي أن النباتات تزيل ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي،

then they use sunlight energy to convert that into our food,

ثم تستخدم طاقة ضوء الشمس لتحويلها إلى طعامنا،

releasing our oxygen at the same time.

وتطلق الأكسجين في نفس الوقت.

Photosynthesis is the most studied of all plant processes,

التمثيل الضوئي هو العملية الأكثر دراسة من بين جميع العمليات النباتية،

and from that knowledge,

ومن هذه المعرفة،

we realize that even our most productive crops

ندرك أنه حتى محاصيلنا الأكثر إنتاجية

are only achieving about one fifth

تحقق فقط حوالي خُمْس

of the potential efficiency of that process.

الكفاءة المحتملة من العملية.

As the most studied of plant processes,

وباعتبارها أكثر العمليات النباتية دراسة،

we realize that the efficiency is low.

فإننا ندرك أن الكفاءة منخفضة.

Now, if we look at other genetic improvements of plants,

الآن، إذا نظرنا إلى التحسينات الجينية الأخرى للنباتات،

these have typically involved one or two genes,

نجد أنها تضمنت عادةً جينًا واحدًا أو اثنين،

for example, the shortening of the stems of rice and wheat,

على سبيل المثال، تقصير سيقان الأرز والقمح،

allowing more of the plant's biomass to go into the grain that we harvest,

مما سمح بدخول المزيد من الكتلة الحيوية للنبات إلى الحبوب التي نحصدها،

was at the core of the Green Revolution.

كان ذلك في صميم الثورة الخضراء.

That involved mutations in just a few genes.

تضمن ذلك طفرات في عدد قليل من الجينات.

But photosynthesis is a process of over 100 steps,

لكن عملية التمثيل الضوئي تتكون من أكثر من 100 خطوة،

each of these facilitated by a different protein

بحيث يعمل كل منها بواسطة بروتين مختلف

and in turn coded for by many genes.

ويجري ترميزها بدورها بواسطة العديد من الجينات.

So where do you start?

إذاً من أين تبدأ؟

Well, you can envisage this like a car production line.

حسنًا، يمكنك تصور هذا مثل خط إنتاج السيارات.

Imagine you've got a thousand workers.

تخيل أن لديك ألف عامل.

Where do you place them on your line

أين تضعها على الخط للحصول

to get the most output?

على أكبر قدر من الإنتاج؟

Similarly, if you consider the amount of protein in a leaf,

وبالمثل، إذا كنت تفكر في كمية البروتين في الورقة،

how do you distribute that between all these steps

كيف يمكنك توزيعها بين كل هذه الخطوات

to get the maximum efficiency?

للحصول على أقصى قدر من الكفاءة؟

If you could work that out,

إذا تمكنت من إيجاد حل لذلك،

then maybe you could make progress.

فربما يمكنك إحراز تقدم.

However, to do this experimentally with all these permutations

ومع ذلك، فإن القيام بذلك بشكل تجريبي مع كل هذه الطفرات

may take decades.

فإن ذلك قد يستغرق عقودًا.

So instead, we built a digital twin of the process

لذا بدلاً من ذلك، قمنا ببناء توأم رقمي للعملية

in which every one of these reactions

بحيث يتم توصيف كل تفاعل على حدة

was described by a differential equation

من خلال معادلة تفاضلية

producing a system that we could then numerically integrate and optimize

من أجل إنتاج نظام يمكن دمجه رقميًا وتحسينه بعد ذلك،

to pick out where should we be making changes.

لاختيار المكان الذي يجب أن نجري فيه التغييرات.

So after three years of building this system,

لذلك بعد ثلاث سنوات من بناء هذا النظام،

we are now ready to do our numerical integration.

نحن الآن جاهزون للقيام بالتكامل العددي.

And it failed.

ولكنها فشلت.

It failed miserably.

لقد فشلت فشلا ذريعًا.

(Laughter)

(ضحك)

Fortunately, another scientist at our computer center

ولحسن الحظ، كان هناك عالِم آخر في مركز الكمبيوتر الخاص بنا

heard us talking about our problems

تحدث عن المشكلة التي واجهتنا

and said, "Oh, I had exactly the same problem with my work

مشاكلنا وقال، «أوه، لقد واجهت نفس المشكلة بالضبط في عملي

on balancing rocket motors,

على موازنة محركات الصواريخ،

and here's how I solved it."

وإليكم كيفية حلها.»

So he looked at our problem and he said,

لذلك نظر إلى مشكلتنا وقال،

"Oh, this is more challenging than what I'm doing."

«أوه، هذا أكثر صعوبة مما أفعله.»

And he worked with us.

وعمل معنا.

And using his methods,

وباستخدام أساليبه،

we were now able to numerically integrate our system,

أصبحنا الآن قادرين على دمج نظامنا بشكل عدديّ،

and we could optimize that,

ويمكننا تحسين ذلك،

and we could start to see places

ويمكننا البدء في رؤية الأماكن

where we might be able to improve photosynthesis.

التي قد نتمكن فيها من تحسين التمثيل الضوئي.

So that's just to tell you

هذا فقط لإخباركم

that photosynthesis isn't rocket science.

أن التمثيل الضوئي ليس علم الصواريخ.

It's harder.

الأمر أصعب.

(Laughter)

(ضحك)

(Applause)

(تصفيق)

Well, of course, models can look very attractive.

بالطبع، يمكن أن تبدو العارضات جذابة جدًا.

But when you now have to go into a muddy crop field

ولكن عندما يتعين عليك الآن الذهاب إلى حقل محاصيل موحل

to show that you can actually do this,

لإظهار أنه يمكنك فعل ذلك بالفعل،

it doesn't look quite so pretty.

فإن الأمر لا يبدو جميلًا بالمرة.

But despite these challenges,

ولكن على الرغم من هذه التحديات،

we were able to get together a team of experts

تمكنا من جمع فريق من الخبراء

from Australia, Britain, China and the United States

من أستراليا وبريطانيا والصين والولايات المتحدة

to work together on this.

للعمل معًا في هذا الشأن.

And this is how we work.

وهذه هي الطريقة التي نعمل بها.

We use this digital twin to say, well,

نحن نستخدم هذا التوأم الرقمي لنقول، حسنًا،

what is the easiest change we might make that would have a big impact?

ما هو أسهل تغيير قد نجريه والذي سيكون له تأثير كبير؟

Then we engineer that into a crop.

ثم نقوم بهندسة ذلك في محصول.

If in the greenhouse,

إذا استطعنا في المشتل،

we can see that the genetically modified plant is yielding more

أن نرى أن النبات المعدل وراثيًا

than the unmodified one,

ينتج أكثر من النبات غير المعدل،

then we have the acid test saying,

ومن ثم لدينا اختبار الحمض الذي يقول،

does this actually provide a higher yield on our experimental farm?

هل يوفر هذا بالفعل عائدًا أعلى في مزرعتنا التجريبية؟

Now we've now made three different changes to photosynthesis,

لقد أجرينا الآن ثلاثة تغييرات مختلفة على عملية التمثيل الضوئي،

each individually increasing yield by over 20 percent.

حيث أدى كل منها على حدة إلى زيادة العائد بأكثر من 20 بالمائة.

And I'll just tell you about --

وسأخبركم فقط عن،

(Applause)

(تصفيق)

A couple of these in a little more detail.

سأوافكيكم بمزيد من التفصيل عن تلك التغييرات.

In one case, the digital twin said

في إحدى الحالات، قال التوأم الرقمي

a protein we call SBPase

إن البروتين الذي نسميه SBPase

should be far more abundant in the leaf than it is.

يجب أن يكون أكثر وفرة في الورقة مما هو عليه.

So we put in extra copies of the genes coding for that protein.

لذلك قمنا بوضع نسخ إضافية من الجينات المشفرة لهذا البروتين.

We made more of it, we got more photosynthesis,

لقد زودناه، وحصلنا على المزيد من التمثيل الضوئي،

we got a higher yield.

وحصلنا على عائد أعلى.

Well, this was a bit of a mystery because ...

حسنًا، كان هذا غامضًا بعض الشيء لأن...

This protein is a tiny fraction of the leaf's total protein.

هذا البروتين هو جزء صغير من البروتين الكلي للورقة.

So why hadn’t evolution already done this?

فلماذا لم يفعل التطور هذا بالفعل؟

A colleague pointed out to us that the ancestors of our crops

أوضح لنا أحد الزملاء أن أسلاف محاصيلنا

evolved in the carbon dioxide concentration

تطوروا بتركيز ثاني أكسيد الكربون

that is about half what it is today.

الذي يبلغ حوالي نصف ما هو عليه اليوم.

Aha!

آها!

So we reran the model at this past CO2 concentration,

لذا قمنا بإعادة تشغيل النموذج عند تركيز ثاني أكسيد الكربون السابق،

and we found now that the model was saying

ووجدنا الآن أن النموذج يقول

well you don't need any more of this protein.

جيد أنك لست بحاجة إلى المزيد من هذا البروتين.

So then we got curious, what about the future?

ثم شعرنا بالفضول، ماذا عن المستقبل؟

In 2050, we're predicting

في عام 2050،

a considerably higher carbon dioxide concentration.

نتوقع تركيزًا أعلى بكثير من ثاني أكسيد الكربون.

When we ran it at that higher concentration,

عندما قمنا بتشغيله بهذا التركيز العالي،

it said the benefit of increasing this protein was even greater.

قيل إن فائدة زيادة هذا البروتين كانت أكبر.

Well, we couldn't easily remove carbon dioxide

حسنًا، لم نتمكن بسهولة من إزالة ثاني أكسيد الكربون

from the air around our crop,

من الهواء المحيط بمحصولنا،

but we could add it.

لكن يمكننا إضافته.

And when we did this,

وعندما فعلنا ذلك،

the model prediction was proved that we did indeed get

ثبت التنبؤ النموذجي أننا حصلنا بالفعل

an even bigger boost in yield.

على زيادة أكبر في العائد.

So this told us that evolution has just not had time

لذلك أخبرنا هذا أن التطور لم يتح له الوقت

to keep pace with the changes we have made

لمواكبة التغييرات التي أجريناها

in crop environments.

في بيئات المحاصيل.

Now, another change we've made in crop environments

الآن، هناك تغيير آخر قمنا به في بيئات المحاصيل

is to grow our crops at ever-increasing densities.

وهو زراعة محاصيلنا بكثافات متزايدة باستمرار.

This means that there's a lot of shading within the crop.

هذا يعني أن هناك الكثير من التظليل داخل المحصول.

So over the course of a day,

لذلك على مدار اليوم،

the leaves are going in and out of shade due to clouds,

تتداخل الأوراق وتخرج من الظل بسبب السحب،

due to the passage of the sun across the sky,

بسبب مرور الشمس عبر السماء،

but most importantly,

ولكن الأهم من ذلك،

shadows cast by other leaves.

الظلال التي تلقيها الأوراق الأخرى.

Now, for photosynthesis,

الآن، بالنسبة لعملية التمثيل الضوئي،

when the leaf goes into the shade,

عندما تدخل الورقة في الظل،

it's rather like you coming out of the sunshine,

يبدو الأمر وكأنك تخرج من أشعة الشمس،

going into the shade of a room,

وتذهب إلى ظل الغرفة،

and it takes time for your eyes to adjust to that change.

ويستغرق الأمر وقتًا حتى تتكيف عيناك مع هذا التغيير.

The same is true of photosynthesis,

وينطبق الشيء نفسه على عملية التمثيل الضوئي،

except it adjusts rather more slowly than your eyes.

إلا أنها تتكيف ببطء أكثر من عينيك.

Over the course of the day,

وعلى مدار اليوم،

this slow adjustment costs productivity an estimated 20 to 40 percent.

يكلف هذا التعديل البطيء الإنتاجية ما يقدر بـ 20 إلى 40 في المائة.

So again, using our digital twin and also other information,

لذا مرة أخرى، باستخدام التوأم الرقمي الخاص بنا وأيضًا معلومات أخرى،

we identified three proteins that we should regulate.

حددنا ثلاثة بروتينات يجب علينا تنظيمها.

So we added extra copies of the genes for those proteins,

لذلك أضفنا نسخًا إضافية من الجينات لتلك البروتينات،

got more of them,

وحصلنا على المزيد منها،

the leaves adapted faster to fluctuations in light.

وتكيفت الأوراق بشكل أسرع مع تقلبات الضوء.

And in soybean on our farm

وفي فول الصويا في مزرعتنا

we got more than 20 percent increase in seed yield.

حصلنا على زيادة بأكثر من 20 في المائة في محصول البذور.

(Applause)

(تصفيق)

So how do we now get from these improvements

إذاً، كيف يمكننا الآن الانتقال من هذه التحسينات

to seed

إلى البذور

which will give greater yields where it is most needed?

التي ستعطي عوائد أكبر حيث تشتد الحاجة إليها؟

And I'll just give you one ongoing example.

وسأقدم لكم مثالاً واحدًا مستمرًا.

We've been working with TJ Higgins,

لقد عملنا مع تي جي هيغنز،

a plant biotechnologist from Australia,

عالم التكنولوجيا الحيوية النباتية من أستراليا،

who's been working in Nigeria really for almost 20 years,

والذي يعمل في نيجيريا حقًا منذ ما يقرب من 20 عامًا،

developing insect-resistant cowpea.

لتطوير اللوبيا المقاومة للحشرات.

Cowpea is probably not what you think it is.

ربما لا تكون اللوبيا كما تعتقد.

Cowpea is actually a nitrogen-fixing crop

اللوبيا هي في الواقع محصول مثبت للنيتروجين

related to soybean,

مرتبط بفول الصويا،

and it produces, like soybean, a protein-rich seed.

وتنتج، مثل فول الصويا، بذرة غنية بالبروتين.

It is, in fact the most important vegetable protein source in West Africa,

إنه في الواقع أهم مصدر للبروتين النباتي في غرب إفريقيا،

and it is often referred to as the “poor man’s meat.”

وغالبًا ما يشار إليه باسم «لحم الرجل الفقير».

A problem with cowpea is that a pod boring insect

مشكلة اللوبيا هي أن الحشرة المتطفلة على القرون

can completely destroy a family's entire crop.

يمكن أن تدمر محصول الأسرة بالكامل.

So TJ's ...

لذا فإن المحصول الذي أنتجه تي جي...

genetically modified cowpea that is insect-resistant

وأعني اللوبيا المعدلة وراثيًا والمقاومة للحشرات

is very powerful,

هي نوع قوي جدًا،

and TJ and his colleagues work with governments in West Africa

ويعمل تي جي هيغنز وزملاؤه مع الحكومات في غرب إفريقيا

to put in place regulatory frameworks for genetically modified crops.

لوضع أطر تنظيمية للمحاصيل المعدلة وراثيًا.

And now this insect-resistant cowpea is available to farmers in Nigeria,

والآن أصبحت هذه اللوبيا المقاومة للحشرات متاحة للمزارعين في نيجيريا،

where it's become very popular.

حيث أصبحت شائعة جدًا.

This year, it was also released in Ghana.

هذا العام، تم إصدار هذا النوع أيضًا في غانا.

So what we are now doing with TJ

لذا ما نقوم به الآن مع تي جي

is stacking our photosynthetic improvements

هو تراكم للتحسينات على عملية التمثيل الضوئي

on top of his insect resistance --

بالإضافة إلى مقاومته للحشرات،

this is all royalty-free --

كل هذا بدون حقوق ملكية،

so that these farmers will have access to seed,

حتى يتمكن هؤلاء المزارعون من الوصول إلى البذور،

which will produce a crop which is insect-resistant

والتي ستنتج محصولًا مقاومًا للحشرات

and delivers a higher yield.

ويوفر عائدًا أعلى.

So I hope I've shown to you that ...

لذا آمل أن أكون قد استعرضت لكم أن...

by boosting photosynthesis

من خلال تعزيز التمثيل الضوئي،

we can relieve the risk of food insufficiency

يمكننا تخفيف مخاطر نقص الغذاء

for some of the most vulnerable.

لبعض الفئات الأكثر ضعفًا.

We can protect the environment

يمكننا حماية البيئة

by preventing the need to go onto yet more land

من خلال منع الحاجة إلى الذهاب إلى المزيد من الأراضي

to produce our food.

لإنتاج طعامنا.

And the possibility that we might even be able to remove carbon dioxide

وإمكانية أن نتمكن حتى من إزالة ثاني أكسيد الكربون

from the atmosphere.

من الغلاف الجوي.

A 21-century Green Revolution,

ثورة خضراء في القرن الحادي والعشرين،

one we so urgently need.

إنما هي ثورة نحن في أمس الحاجة إليها.

Thank you.

شكرًا لكم.

(Applause)

(تصفيق)