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

Traducteur: Claire Ghyselen Relecteur: eric vautier

Today, nearly one in 10 is food insufficient.

Aujourd’hui, près d’une personne sur dix souffre de carence alimentaire.

That number has been rising every year since 2014,

Ce chiffre augmente chaque année depuis 2014,

and it's forecast to become considerably worse

et on prévoit qu’il augmentera considérablement

over the next two to three decades.

au cours des deux, trois prochaines décennies.

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

C’est particulièrement vrai pour les pays les plus pauvres d’Afrique et d’Asie,

where the rise in demand

où la hausse de la demande

is outpacing the rise in our ability to supply.

dépasse celle de notre capacité d'approvisionnement.

I want to tell you how the most important process

Je me propose de vous expliquer comment le processus le plus important

on the planet,

de la planète

boosting that process, photosynthesis,

qui stimule ce processus, la photosynthèse,

could alleviate this problem.

pourrait atténuer ce problème.

How photosynthesis works

Les mécanismes de la photosynthèse sont les suivants :

is that plants remove carbon dioxide from the atmosphere,

les plantes éliminent le dioxyde de carbone de l’atmosphère,

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

puis utilisent l'énergie solaire pour le convertir en nourriture,

releasing our oxygen at the same time.

libérant ainsi notre oxygène dans le processus.

Photosynthesis is the most studied of all plant processes,

La photosynthèse est le processus végétal le plus étudié,

and from that knowledge,

et grâce à ces connaissances,

we realize that even our most productive crops

nous nous rendons compte que même nos cultures les plus productives

are only achieving about one fifth

n’atteignent qu’environ un cinquième

of the potential efficiency of that process.

de l’efficacité potentielle de ce processus.

As the most studied of plant processes,

En tant que processus le plus étudié,

we realize that the efficiency is low.

nous nous rendons compte que son efficacité est faible.

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

Si nous examinons d’autres améliorations génétiques apportées aux plantes,

these have typically involved one or two genes,

celles-ci impliquent généralement un ou deux gènes,

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

par exemple, le raccourcissement des tiges de riz et de blé,

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

qui permet à une plus grande partie de la biomasse de la plante

d’aller dans les céréales que nous récoltons,

was at the core of the Green Revolution.

fut au cœur de la révolution verte.

That involved mutations in just a few genes.

Cela impliquait des mutations dans quelques gènes seulement.

But photosynthesis is a process of over 100 steps,

Mais la photosynthèse est un processus de plus de 100 étapes,

each of these facilitated by a different protein

chacune étant facilitée par une protéine différente

and in turn coded for by many genes.

et codée à son tour par de nombreux gènes.

So where do you start?

Alors, par où commencer ?

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

Eh bien, on peut voir cela comme une chaîne d’assemblage automobile.

Imagine you've got a thousand workers.

Imaginez avoir mille travailleurs.

Where do you place them on your line

Où les positionnez-vous sur votre ligne pour obtenir le meilleur rendement ?

to get the most output?

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

De même, quand on prend en compte la quantité de protéines dans une feuille,

how do you distribute that between all these steps

comment la répartissez-vous entre toutes ces étapes

to get the maximum efficiency?

pour obtenir une efficacité maximale ?

If you could work that out,

Si on peut résoudre ce problème,

then maybe you could make progress.

on pourra peut-être faire des progrès.

However, to do this experimentally with all these permutations

Cependant, le faire à titre expérimental avec toutes ces permutations

may take decades.

pourrait prendre des décennies.

So instead, we built a digital twin of the process

Nous avons donc construit un jumeau numérique de ce processus

in which every one of these reactions

où chacune de ces réactions y est décrite par une équation différentielle

was described by a differential equation

producing a system that we could then numerically integrate and optimize

produisant un système intégrable numériquement et optimisable

to pick out where should we be making changes.

pour déterminer où apporter des modifications.

So after three years of building this system,

Après trois ans de développement de ce système,

we are now ready to do our numerical integration.

nous étions prêts à effectuer notre intégration numérique.

And it failed.

Mais ça a échoué.

It failed miserably.

Cela a lamentablement échoué.

(Laughter)

(Rires)

Fortunately, another scientist at our computer center

Heureusement, un autre scientifique de notre centre informatique

heard us talking about our problems

nous a entendu parler de nos problèmes

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

et a dit : « Oh, j’ai eu exactement le même problème avec mes travaux

on balancing rocket motors,

sur l'équilibrage des moteurs-fusées,

and here's how I solved it."

et voici comment je l'ai résolu. »

So he looked at our problem and he said,

Il a donc examiné notre problème et a dit :

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

« Oh, c’est beaucoup plus difficile que ce que je fais. »

And he worked with us.

Et il a travaillé avec nous.

And using his methods,

Et grâce à ses méthodes,

we were now able to numerically integrate our system,

nous étions maintenant en mesure d’intégrer numériquement notre système,

and we could optimize that,

et nous pouvions l’optimiser

and we could start to see places

et commencer à voir des endroits où nous pouvions améliorer la photosynthèse.

where we might be able to improve photosynthesis.

So that's just to tell you

C'est juste pour vous dire

that photosynthesis isn't rocket science.

que la photosynthèse, ce n’est pas de la physique nucléaire.

It's harder.

C’est plus compliqué.

(Laughter)

(Rires)

(Applause)

(Applaudissements)

Well, of course, models can look very attractive.

Bien sûr, les modèles peuvent être très attrayants.

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

Mais lorsque on doit se rendre dans un champ de culture boueux

to show that you can actually do this,

pour montrer que l’on peut réellement le faire,

it doesn't look quite so pretty.

cela n’a pas l’air si joli.

But despite these challenges,

Malgré ces difficultés,

we were able to get together a team of experts

nous avons réussi à réunir une équipe d’experts

from Australia, Britain, China and the United States

d’Australie, de Grande-Bretagne, de Chine et des États-Unis

to work together on this.

pour travailler ensemble sur cette question.

And this is how we work.

Et voici comment nous travaillons.

We use this digital twin to say, well,

Nous utilisons ce jumeau numérique pour nous demander

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

quel est le changement le plus simple que nous puissions apporter

et qui aurait un impact important.

Then we engineer that into a crop.

Ensuite, nous développons des céréales à cultiver.

If in the greenhouse,

Si, en serre,

we can see that the genetically modified plant is yielding more

nous constatons que la plante génétiquement modifiée

donne un rendement supérieur à celui de la plante non modifiée,

than the unmodified one,

then we have the acid test saying,

un test sur site nous permet de déterminer

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

si cette plante donne réellement un meilleur rendement dans notre ferme.

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

Nous avons apporté trois modifications distinctes à la photosynthèse,

each individually increasing yield by over 20 percent.

chacune augmentant individuellement le rendement de plus de 20 %.

And I'll just tell you about --

Et je vais vous présenter...

(Applause)

(Applaudissements)

A couple of these in a little more detail.

quelques-unes, un peu plus en détail.

In one case, the digital twin said

Dans un cas, le jumeau numérique a déclaré qu’une protéine appelée SBPase

a protein we call SBPase

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

devrait être beaucoup plus abondante qu'elle ne l'est dans la feuille.

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

Nous avons donc ajouté des copies supplémentaires des gènes

codant pour cette protéine.

We made more of it, we got more photosynthesis,

Nous avons obtenu plus de photosynthèse,

we got a higher yield.

et ça a mené à un rendement plus élevé.

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

Eh bien, ce fut un peu mystérieux parce que

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

cette protéine ne représente qu’une infime fraction

de l’ensemble des protéines de la feuille.

So why hadn’t evolution already done this?

Alors pourquoi l’évolution ne l’avait-elle pas déjà fait ?

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

Un collègue nous a fait remarquer que les ancêtres de nos cultures

evolved in the carbon dioxide concentration

ont évolué avec une concentration de dioxyde de carbone

that is about half what it is today.

qui est environ la moitié de ce qu’elle est aujourd’hui.

Aha!

Tiens tiens !

So we reran the model at this past CO2 concentration,

Nous avons donc fait tourner le modèle avec cette concentration de CO2 passée,

and we found now that the model was saying

et le modèle nous a montré qu’il ne fallait pas plus de cette protéine.

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

So then we got curious, what about the future?

Ça a éveillé notre curiosité : qu’en serait-il dans l’avenir ?

In 2050, we're predicting

En 2050, nous prévoyons

a considerably higher carbon dioxide concentration.

une concentration de dioxyde de carbone considérablement plus élevée.

When we ran it at that higher concentration,

Quand on fait tourner le modèle avec une concentration plus élevée,

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

les avantages liés à l’augmentation de cette protéine

sont encore plus importants.

Well, we couldn't easily remove carbon dioxide

Certes, ce n’est pas facile d’éliminer le CO2 de l’air autour de nos cultures,

from the air around our crop,

but we could add it.

mais nous pouvions en ajouter.

And when we did this,

Et quand on l’a fait,

the model prediction was proved that we did indeed get

les prévisions du modèle ont prouvé que nous obtenions effectivement

an even bigger boost in yield.

une augmentation encore plus importante du rendement.

So this told us that evolution has just not had time

Cela nous indique donc que l’évolution n’a tout simplement pas eu le temps

to keep pace with the changes we have made

de suivre le rythme des changements que nous avons apportés

in crop environments.

aux environnements des cultures.

Now, another change we've made in crop environments

Un autre changement apporté à l’environnement des cultures

is to grow our crops at ever-increasing densities.

est d’en augmenter la densité sans cesse.

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

Cela signifie qu’il y a beaucoup d’ombre entre les plants.

So over the course of a day,

Ainsi, au cours d'une journée,

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

les feuilles entrent et sortent de l'ombre à cause des nuages,

due to the passage of the sun across the sky,

du passage du soleil dans le ciel,

but most importantly,

mais surtout,

shadows cast by other leaves.

les ombres projetées par d’autres feuilles.

Now, for photosynthesis,

Or pour la photosynthèse,

when the leaf goes into the shade,

lorsque la feuille passe à l’ombre,

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

c’est un peu comme se cacher du soleil,

going into the shade of a room,

quand on se met dans une pièce à l’ombre

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

et que nos yeux mettent du temps à s’adapter à ce changement.

The same is true of photosynthesis,

Il en va de même pour la photosynthèse,

except it adjusts rather more slowly than your eyes.

sauf qu’elle s’ajuste un peu plus lentement que nos yeux.

Over the course of the day,

Au cours de la journée,

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

cette lente adaptation entraîne des pertes de productivité estimées à 20 à 40 %.

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

Encore une fois, en utilisant notre jumeau numérique et d'autres informations,

we identified three proteins that we should regulate.

nous avons identifié trois protéines que nous pouvons réguler.

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

Nous avons donc ajouté des copies supplémentaires des gènes de ces protéines

got more of them,

pour en avoir beaucoup plus,

the leaves adapted faster to fluctuations in light.

et les feuilles se sont adaptées plus rapidement aux fluctuations de la lumière.

And in soybean on our farm

Quant au soja de notre ferme,

we got more than 20 percent increase in seed yield.

nous avons obtenu une augmentation de plus de 20% du rendement en graines.

(Applause)

(Applaudissements)

So how do we now get from these improvements

Alors, comment pouvons-nous maintenant passer de ces améliorations

to seed

à des semences

which will give greater yields where it is most needed?

qui donneront de meilleurs rendements là où cela est le plus nécessaire ?

And I'll just give you one ongoing example.

Et je vais juste vous donner un exemple en cours.

We've been working with TJ Higgins,

Nous travaillons avec TJ Higgins,

a plant biotechnologist from Australia,

un scientifique australien en biotechnologie du végétal.

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

qui travaille au Nigeria depuis près de 20 ans pour développer

developing insect-resistant cowpea.

un dolique résistant aux insectes.

Cowpea is probably not what you think it is.

Le dolique n’est probablement pas ce que vous pensez.

Cowpea is actually a nitrogen-fixing crop

C’est en fait une plante fixatrice d’azote apparentée au soja

related to soybean,

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

et qui produit, comme le soja, une graine riche en protéines.

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

C’est la source de protéines végétales la plus importante en Afrique de l’Ouest,

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

et elle est souvent qualifiée de « viande du pauvre ».

A problem with cowpea is that a pod boring insect

L’un des problèmes du dolique est qu’un insecte perforateur de gousses

can completely destroy a family's entire crop.

peut détruire complètement la récolte d’une famille entière.

So TJ's ...

Alors TJ...

genetically modified cowpea that is insect-resistant

Le dolique génétiquement modifié qui résiste aux insectes

is very powerful,

est très puissant,

and TJ and his colleagues work with governments in West Africa

et TJ et ses collègues travaillent avec les gouvernements d’Afrique de l’Ouest

to put in place regulatory frameworks for genetically modified crops.

pour mettre en place des cadres réglementaires

pour les cultures génétiquement modifiées.

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

Aujourd’hui, ce dolique résistant aux insectes est disponible

pour les agriculteurs du Nigeria,

where it's become very popular.

où il est devenu très populaire.

This year, it was also released in Ghana.

Cette année, il est également sorti au Ghana.

So what we are now doing with TJ

Ce que nous faisons actuellement avec TJ,

is stacking our photosynthetic improvements

c'est ajouter nos améliorations photosynthétiques

on top of his insect resistance --

à sa résistance aux insectes -

this is all royalty-free --

tout cela est libre de droits -

so that these farmers will have access to seed,

afin que ces agriculteurs aient accès à des semences

which will produce a crop which is insect-resistant

qui produiront une culture résistante aux insectes

and delivers a higher yield.

et offrant un meilleur rendement.

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

J’espère donc vous avoir montré que,

by boosting photosynthesis

en stimulant la photosynthèse,

we can relieve the risk of food insufficiency

nous pouvons réduire le risque d'insuffisance alimentaire

for some of the most vulnerable.

pour certaines des personnes les plus vulnérables.

We can protect the environment

Nous pouvons protéger l'environnement

by preventing the need to go onto yet more land

en évitant d’avoir à exploiter encore plus de terres

to produce our food.

pour produire notre nourriture,

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

voire en ayant une possibilité d’éliminer le dioxyde de carbone

from the atmosphere.

de l’atmosphère.

A 21-century Green Revolution,

Une révolution verte du 21e siècle,

one we so urgently need.

une révolution dont nous avons un besoin urgent.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)