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

Traductor: Sebastian Betti Revisor: Alicia Brito-Antequera

Today, nearly one in 10 is food insufficient.

Hoy en día, casi 1 de cada 10 personas carece de alimentos.

That number has been rising every year since 2014,

Esa cifra ha ido aumentando cada año desde 2014,

y se prevé que empeore considerablemente en las próximas dos o tres décadas.

and it's forecast to become considerably worse

over the next two to three decades.

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

Esto es particularmente cierto en los países más pobres de África y Asia,

where the rise in demand

donde el aumento de la demanda

is outpacing the rise in our ability to supply.

está superando el aumento de nuestra capacidad de suministro.

Quiero explicarles cómo el proceso más importante del planeta,

I want to tell you how the most important process

on the planet,

boosting that process, photosynthesis,

que impulsa ese proceso, la fotosíntesis,

could alleviate this problem.

podría aliviar este problema.

How photosynthesis works

El funcionamiento de la fotosíntesis

is that plants remove carbon dioxide from the atmosphere,

consiste en que las plantas toman dióxido de carbono de la atmósfera

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

y luego utilizan energía de la luz solar para convertirlo en nuestro alimento,

releasing our oxygen at the same time.

liberando oxígeno al mismo tiempo.

Photosynthesis is the most studied of all plant processes,

La fotosíntesis es el proceso más estudiado de las plantas

y con ese conocimiento

and from that knowledge,

we realize that even our most productive crops

nos damos cuenta de que nuestros cultivos más productivos

are only achieving about one fifth

solo están logrando aproximadamente una quinta parte

of the potential efficiency of that process.

de la potencial eficiencia de ese proceso.

Al ser el proceso vegetal más estudiado,

As the most studied of plant processes,

we realize that the efficiency is low.

nos damos cuenta de que la eficiencia es baja.

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

Ahora bien, si analizamos otras mejoras genéticas de las plantas,

estas han implicado normalmente uno o dos genes.

these have typically involved one or two genes,

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

Por ejemplo, el acortamiento de los tallos del arroz y el trigo,

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

para permitir que una mayor parte de la biomasa de la planta

entre en el grano que cosechamos,

was at the core of the Green Revolution.

fue uno de los principales objetivos de la Revolución Verde.

That involved mutations in just a few genes.

Esto implicó mutaciones en tan solo unos pocos genes.

Sin embargo, la fotosíntesis es un proceso de más de 100 pasos,

But photosynthesis is a process of over 100 steps,

each of these facilitated by a different protein

cada uno de ellos facilitado por una proteína diferente

and in turn coded for by many genes.

y, a su vez, codificado por muchos genes.

So where do you start?

Entonces, ¿por dónde empezar?

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

Pueden verlo como una línea de producción de automóviles.

Imagine you've got a thousand workers.

Imaginen tener mil trabajadores.

Where do you place them on your line

¿En qué parte del proceso los colocan para obtener el máximo rendimiento?

to get the most output?

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

Del mismo modo, si consideran la cantidad de proteína en una hoja,

how do you distribute that between all these steps

¿cómo la distribuyen entre todos estos pasos

to get the maximum efficiency?

para obtener la máxima eficiencia?

If you could work that out,

Si pudieran resolver eso, entonces tal vez podrían progresar.

then maybe you could make progress.

However, to do this experimentally with all these permutations

Sin embargo, hacer esto experimentalmente con todas estas permutaciones

may take decades.

puede llevar décadas.

So instead, we built a digital twin of the process

En lugar de eso, creamos un gemelo digital del proceso,

in which every one of these reactions

en el que cada reacción se describía mediante una ecuación diferencial

was described by a differential equation

producing a system that we could then numerically integrate and optimize

creando un sistema que podíamos integrar numéricamente y optimizar

to pick out where should we be making changes.

para determinar dónde deberíamos realizar cambios.

So after three years of building this system,

Así que, después de tres años de crear este sistema,

we are now ready to do our numerical integration.

estábamos listos para realizar nuestra integración numérica.

And it failed.

Y falló.

It failed miserably.

Falló estrepitosamente.

(Laughter)

(Risas)

Fortunately, another scientist at our computer center

Afortunadamente, otro científico de nuestro centro de computación

heard us talking about our problems

no oyó hablar de nuestros problemas

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

y dijo: "Oh, tuve exactamente el mismo problema

cuando intentaba equilibrar motores de cohetes, y así lo resolví".

on balancing rocket motors,

and here's how I solved it."

So he looked at our problem and he said,

Así que analizó nuestro problema y dijo:

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

"Oh, esto es más difícil de lo que estoy haciendo".

And he worked with us.

Y trabajó con nosotros.

And using his methods,

Y con sus métodos,

we were now able to numerically integrate our system,

ahora podíamos integrar numéricamente nuestro sistema,

and we could optimize that,

optimizarlo

and we could start to see places

y empezar a ver lugares donde podríamos mejorar la fotosíntesis.

where we might be able to improve photosynthesis.

So that's just to tell you

Entonces, la fotosíntesis no es como la ciencia aeroespacial.

that photosynthesis isn't rocket science.

It's harder.

Es más difícil.

(Laughter)

(Risas)

(Applause)

(Aplausos)

Well, of course, models can look very attractive.

Bueno, por supuesto, los modelos pueden ser muy atractivos.

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

Pero ahora que tienes que ir a un campo de cultivo fangoso

to show that you can actually do this,

para demostrar que puedes hacerlo, no se ve tan bonito.

it doesn't look quite so pretty.

But despite these challenges,

Sin embargo, a pesar de estos desafíos, pudimos reunir a un equipo de expertos

we were able to get together a team of experts

from Australia, Britain, China and the United States

de Australia, Gran Bretaña, China y Estados Unidos

to work together on this.

para trabajar juntos en esto.

And this is how we work.

Y así es como trabajamos.

We use this digital twin to say, well,

Usamos este gemelo digital para preguntarnos:

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

¿cuál es el cambio más sencillo que podríamos hacer

y que tendría un gran impacto?

Then we engineer that into a crop.

Luego lo trabajamos para convertirlo en un cultivo.

If in the greenhouse,

Si en el invernadero

we can see that the genetically modified plant is yielding more

vemos que la planta modificada genéticamente

rinde más que la que no ha sido modificada,

than the unmodified one,

then we have the acid test saying,

entonces hacemos la prueba de fuego

y nos preguntamos si esto proporciona un mayor rendimiento

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

en nuestra granja experimental.

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

Ahora hemos realizado tres cambios en la fotosíntesis,

each individually increasing yield by over 20 percent.

y cada uno ha aumentado el rendimiento en más de un 20 %.

And I'll just tell you about --

Y simplemente les contaré...

(Applause)

(Aplausos)

A couple of these in a little more detail.

Les explicaré un poco más sobre un par de ellos.

In one case, the digital twin said

En un caso, el gemelo digital mostró que una proteína llamada SBPase,

a protein we call SBPase

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

debería ser mucho más abundante en la hoja de lo que es.

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

Así que añadimos copias adicionales de los genes que codifican esa proteína.

We made more of it, we got more photosynthesis,

Hicimos más cantidad, obtuvimos más fotosíntesis,

we got a higher yield.

y, con ello, un mayor rendimiento.

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

Bueno, esto era un poco curioso porque...

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

Esta proteína es una pequeña fracción de la proteína total de la hoja.

So why hadn’t evolution already done this?

Entonces, ¿por qué la evolución no lo había hecho ya?

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

Un colega nos señaló que los antepasados de nuestros cultivos

evolved in the carbon dioxide concentration

evolucionaron con una concentración de dióxido de carbono

that is about half what it is today.

que era aproximadamente la mitad de la actual.

Aha!

¡Ajá!

So we reran the model at this past CO2 concentration,

Así que volvimos a ejecutar el modelo con la concentración de CO2 anterior,

and we found now that the model was saying

y ahora descubrimos que el modelo decía que no se necesitaba más de esta proteína.

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

So then we got curious, what about the future?

Entonces nos dio curiosidad, ¿qué pasaría en el futuro?

In 2050, we're predicting

En 2050 predecimos un aumento considerable de concentración de dióxido de carbono.

a considerably higher carbon dioxide concentration.

When we ran it at that higher concentration,

Cuando lo analizamos con esa mayor concentración,

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

vimos que los beneficios de incrementar esta proteína eran mayores.

Well, we couldn't easily remove carbon dioxide

No podíamos eliminar fácilmente el dióxido de carbono

from the air around our crop,

del aire que rodea nuestro cultivo, pero podríamos añadirlo.

but we could add it.

And when we did this,

Y cuando lo hicimos,

the model prediction was proved that we did indeed get

la predicción del modelo demostró que, de hecho,

an even bigger boost in yield.

el rendimiento incrementó aún más.

So this told us that evolution has just not had time

Esto nos dijo que la evolución simplemente no ha tenido tiempo

to keep pace with the changes we have made

para seguir el ritmo de los cambios que hemos realizado

in crop environments.

en los entornos de los cultivos.

Now, another change we've made in crop environments

Ahora, otro cambio que hemos hecho en los entornos de cultivo

is to grow our crops at ever-increasing densities.

es hacer crecer nuestros cultivos con densidades cada vez mayores.

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

Esto significa que hay mucha sombra en los cultivos.

So over the course of a day,

En el transcurso del día,

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

las hojas entran y salen de la sombra debido a las nubes,

due to the passage of the sun across the sky,

al paso del sol por el cielo y, lo que es más importante,

but most importantly,

a las sombras que proyectan otras hojas.

shadows cast by other leaves.

Now, for photosynthesis,

Ahora bien, para la fotosíntesis, cuando la hoja se pone a la sombra,

when the leaf goes into the shade,

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

es como cuando nosotros estamos bajo el sol

going into the shade of a room,

y luego nos ponemos a la sombra en una habitación

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

y los ojos tardan en adaptarse a ese cambio.

The same is true of photosynthesis,

Lo mismo ocurre con la fotosíntesis,

except it adjusts rather more slowly than your eyes.

excepto que se ajusta mucho más lentamente que los ojos.

Over the course of the day,

A lo largo del día,

este lento ajuste le cuesta a la productividad

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

entre un 20 y un 40 %, según las estimaciones.

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

De nuevo, utilizando el gemelo digital y otros datos,

identificamos tres proteínas que deberíamos regular.

we identified three proteins that we should regulate.

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

Así que añadimos copias adicionales de los genes de esas proteínas,

obtuvimos más de ellas

got more of them,

the leaves adapted faster to fluctuations in light.

y las hojas se adaptaron más rápido a las fluctuaciones de la luz.

And in soybean on our farm

Además, en la soja de nuestra granja,

we got more than 20 percent increase in seed yield.

conseguimos un aumento de más del 20 %

en el rendimiento de las semillas.

(Applause)

(Aplausos)

So how do we now get from these improvements

Entonces, ¿cómo podemos aprovechar estas mejoras

to seed

para obtener semillas

which will give greater yields where it is most needed?

que den mayores rendimientos donde más se necesitan?

And I'll just give you one ongoing example.

Y solo les daré un ejemplo continuo.

We've been working with TJ Higgins,

Hemos estado trabajando con TJ Higgins,

a plant biotechnologist from Australia,

un biotecnólogo de plantas de Australia,

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

que ha trabajado en Nigeria durante casi 20 años,

developing insect-resistant cowpea.

desarrollando caupíes resistentes a los insectos.

Cowpea is probably not what you think it is.

Probablemente el caupí no sea lo que crees que es.

Cowpea is actually a nitrogen-fixing crop

El caupí es en realidad un cultivo fijador de nitrógeno

related to soybean,

relacionado con la soja

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

y produce, al igual que la soja, una semilla rica en proteínas.

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

De hecho, es la fuente de proteína vegetal más importante del oeste de África

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

y, a menudo, se la conoce como la "carne de los pobres".

Un problema con el caupí es que un insecto perforador de vainas

A problem with cowpea is that a pod boring insect

can completely destroy a family's entire crop.

puede destruir por completo toda la cosecha de una familia.

So TJ's ...

Así que el caupí de TJ

genetically modified cowpea that is insect-resistant

está modificado genéticamente para que resista a los insectos

is very powerful,

y es muy poderoso.

and TJ and his colleagues work with governments in West Africa

Y TJ y sus colegas trabajan con los gobiernos de África occidental

to put in place regulatory frameworks for genetically modified crops.

para establecer marcos regulatorios para cultivos modificados genéticamente.

Y ahora este caupí resistente a los insectos

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

está disponible para los agricultores de Nigeria,

where it's become very popular.

donde se ha hecho muy popular.

This year, it was also released in Ghana.

Este año, también se lanzó en Ghana.

So what we are now doing with TJ

Lo que estamos haciendo ahora con TJ

es mezclar nuestras mejoras fotosintéticas con su resistencia a los insectos,

is stacking our photosynthetic improvements

on top of his insect resistance --

this is all royalty-free --

todo ello sin pagar regalías,

so that these farmers will have access to seed,

para que estos agricultores tengan acceso a semillas

which will produce a crop which is insect-resistant

que producirán una cosecha que sea resistente a los insectos

and delivers a higher yield.

y ofrezca un mayor rendimiento.

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

Así que espero haber demostrado que...

by boosting photosynthesis

al aumentar la fotosíntesis

podemos reducir el riesgo de insuficiencia alimentaria

we can relieve the risk of food insufficiency

for some of the most vulnerable.

para algunos de los más vulnerables.

We can protect the environment

Podemos proteger el medioambiente

by preventing the need to go onto yet more land

evitando la necesidad de utilizar aún más tierras

to produce our food.

para producir nuestros alimentos.

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

Y la posibilidad de incluso poder eliminar

el dióxido de carbono de la atmósfera.

from the atmosphere.

A 21-century Green Revolution,

Una revolución verde del siglo XXI,

one we so urgently need.

una que necesitamos con tanta urgencia.

Thank you.

Gracias.

(Applause)

(Aplausos)