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

Translator: ryan aziz Reviewer: annisa putri

Today, nearly one in 10 is food insufficient.

Saat ini, hampir 1 dari 10 orang tidak cukup pangan.

That number has been rising every year since 2014,

Jumlah itu telah meningkat setiap tahun sejak 2014,

and it's forecast to become considerably worse

dan diperkirakan akan menjadi jauh lebih buruk

over the next two to three decades.

selama dua hingga tiga dekade ke depan.

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

Hal ini terutama berlaku untuk negara-negara miskin

di Afrika dan Asia,

where the rise in demand

dimana kenaikan permintaan

is outpacing the rise in our ability to supply.

melampaui peningkatan kemampuan kita untuk memasoknya.

I want to tell you how the most important process

Saya ingin memberi tahu Anda bagaimana proses terpenting

on the planet,

di planet ini,

boosting that process, photosynthesis,

meningkatkan proses itu, fotosintesis,

could alleviate this problem.

dapat mengatasi masalah ini.

How photosynthesis works

Cara kerja fotosintesis

is that plants remove carbon dioxide from the atmosphere,

adalah bahwa tanaman menghilangkan karbon dioksida dari atmosfer,

kemudian mereka menggunakan energi sinar matahari dan mengubahnya

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

releasing our oxygen at the same time.

menjadi makanan kita,

melepaskan oksigen kita pada saat yang sama.

Photosynthesis is the most studied of all plant processes,

Fotosintesis adalah yang paling banyak dipelajari dari semua proses tanaman,

dari hal tersebut,

and from that knowledge,

we realize that even our most productive crops

kami menyadari bahwa tanaman kami yang paling produktif

are only achieving about one fifth

hanya mencapai sekitar seperlima

of the potential efficiency of that process.

dari efisiensi potensial dalam proses itu.

As the most studied of plant processes,

Sebagai proses pabrik yang paling banyak dipelajari,

we realize that the efficiency is low.

kami menyadari bahwa efisiensinya rendah.

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

Sekarang, jika kita melihat perbaikan genetik tanaman lainnya,

these have typically involved one or two genes,

ini biasanya melibatkan satu atau dua gen,

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

misalnya, pemendekan batang padi dan gandum,

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

memungkinkan lebih banyak biomassa tanaman masuk ke biji-bijian yang kita panen,

was at the core of the Green Revolution.

adalah inti dari Revolusi Hijau.

That involved mutations in just a few genes.

Itu melibatkan mutasi hanya dalam beberapa gen.

But photosynthesis is a process of over 100 steps,

Tetapi fotosintesis adalah proses lebih dari 100 langkah,

each of these facilitated by a different protein

masing-masing difasilitasi oleh protein yang berbeda

and in turn coded for by many genes.

dan pada gilirannya dikodekan oleh banyak gen.

So where do you start?

Jadi dari mana Anda mulai?

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

Nah, Anda bisa membayangkan ini seperti lini produksi mobil.

Imagine you've got a thousand workers.

Bayangkan Anda memiliki seribu pekerja.

Where do you place them on your line

Di mana Anda menempatkannya di lini Anda

to get the most output?

untuk mendapatkan hasil paling banyak?

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

Demikian pula, jika Anda mempertimbangkan jumlah protein dalam daun,

how do you distribute that between all these steps

bagaimana Anda mendistribusikannya diantara semua langkah ini

to get the maximum efficiency?

untuk mendapatkan efisiensi maksimum?

If you could work that out,

Jika Anda bisa menyelesaikannya,

then maybe you could make progress.

maka mungkin Anda bisa membuat kemajuan.

However, to do this experimentally with all these permutations

Namun, untuk melakukan ini secara eksperimental dengan semua permutasi ini

may take decades.

mungkin memakan waktu puluhan tahun.

So instead, we built a digital twin of the process

Jadi, kami membangun proses salinan digital

in which every one of these reactions

di mana setiap reaksi ini dijelaskan

was described by a differential equation

oleh persamaan diferensial

producing a system that we could then numerically integrate and optimize

yang menghasilkan sistem

yang dapat kami integrasikan dan optimalkan secara numerik

to pick out where should we be making changes.

untuk memilih di mana kami harus membuat perubahan.

So after three years of building this system,

Jadi setelah tiga tahun membangun sistem ini,

we are now ready to do our numerical integration.

kami sekarang siap untuk melakukan integrasi numerik kami.

And it failed.

Dan itu gagal.

It failed miserably.

Itu gagal total.

(Laughter)

(Tertawa)

Fortunately, another scientist at our computer center

Untungnya, ilmuwan lain di pusat komputer kami

heard us talking about our problems

mendengar kami berbicara tentang masalah kami

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

dan berkata, “Oh, saya memiliki masalah yang sama dengan pekerjaan saya

on balancing rocket motors,

dalam menyeimbangkan motor roket,

and here's how I solved it."

dan inilah cara saya menyelesaikannya.”

So he looked at our problem and he said,

Jadi dia melihat masalah kami dan berkata,

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

“Oh, ini lebih menantang daripada apa yang saya lakukan.”

And he worked with us.

Dan dia bekerja dengan kami.

And using his methods,

Dan dengan menggunakan metodenya,

we were now able to numerically integrate our system,

kami sekarang dapat mengintegrasikan sistem kami secara numerik,

and we could optimize that,

dan kami dapat mengoptimalkannya,

and we could start to see places

dan kami dapat mulai melihat bagian

where we might be able to improve photosynthesis.

di mana kami mungkin dapat meningkatkan fotosintesis.

So that's just to tell you

Jadi itu hanya untuk memberi tahu Anda

that photosynthesis isn't rocket science.

bahwa fotosintesis bukanlah ilmu roket.

It's harder.

Ini lebih sulit.

(Laughter)

(Tertawa)

(Applause)

(Tepuk tangan)

Well, of course, models can look very attractive.

Tentu saja, model bisa terlihat sangat menarik.

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

Tetapi ketika Anda sekarang harus pergi ke ladang tanaman berlumpur

to show that you can actually do this,

untuk menunjukkan bahwa Anda benar-benar dapat melakukan ini,

it doesn't look quite so pretty.

itu tidak terlihat begitu cantik.

But despite these challenges,

Namun terlepas dari tantangan ini,

we were able to get together a team of experts

kami dapat mengumpulkan tim ahli

from Australia, Britain, China and the United States

dari Australia, Inggris, China dan Amerika Serikat

to work together on this.

untuk bekerja sama dalam hal ini.

And this is how we work.

Dan beginilah cara kami bekerja.

We use this digital twin to say, well,

Kami menggunakan salinan digital ini untuk mengatakan, yah,

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

apa perubahan termudah yang akan kami buat yang akan berdampak besar?

Then we engineer that into a crop.

Kemudian kami merekayasanya menjadi tanaman.

If in the greenhouse,

Jika di rumah kaca,

we can see that the genetically modified plant is yielding more

Kami melihat bahwa tanaman rekayasa genetika

menghasilkan lebih banyak

than the unmodified one,

daripada yang tidak dimodifikasi,

then we have the acid test saying,

maka kita memiliki tes asam yang mengatakan,

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

apakah ini benar-benar memberikan hasil yang lebih tinggi

di pertanian percobaan kami?

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

Sekarang kami telah membuat tiga perubahan berbeda pada fotosintesis,

each individually increasing yield by over 20 percent.

masing-masing secara individual meningkatkan hasil lebih dari 20 persen.

Dan saya akan memberitahu Anda tentang --

And I'll just tell you about --

(Applause)

(Tepuk tangan)

A couple of these in a little more detail.

Beberapa di antaranya sedikit lebih detail.

In one case, the digital twin said

Dalam satu kasus, salinan digital mengatakan

a protein we call SBPase

protein yang kita sebut SBPase

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

harus jauh lebih melimpah di daun daripada yang ada.

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

Jadi kami memasukkan salinan tambahan dari gen yang mengkode protein itu.

Kami membuat lebih banyak, mendapat lebih banyak fotosintesis,

We made more of it, we got more photosynthesis,

we got a higher yield.

kami mendapat hasil yang lebih tinggi.

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

Nah, ini sedikit misteri karena...

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

Protein ini adalah sebagian kecil dari total protein daun.

So why hadn’t evolution already done this?

Jadi mengapa evolusi belum melakukan ini?

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

Seorang rekan menunjukkan kepada kami bahwa nenek moyang tanaman kita

evolved in the carbon dioxide concentration

berevolusi dalam konsentrasi karbon dioksida

that is about half what it is today.

yang sekitar setengah dari sekarang.

Aha!

Aha!

So we reran the model at this past CO2 concentration,

Jadi kami mengubah model pada konsentrasi CO2 sebelumnya,

and we found now that the model was saying

dan kami menemukan sekarang bahwa model itu mengatakan dengan baik

Anda tidak membutuhkan protein ini lagi.

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

So then we got curious, what about the future?

Jadi kita penasaran, bagaimana dengan masa depan?

In 2050, we're predicting

Pada tahun 2050, kami memprediksi

a considerably higher carbon dioxide concentration.

konsentrasi karbon dioksida yang jauh lebih tinggi.

When we ran it at that higher concentration,

Ketika kami menjalankannya pada konsentrasi yang lebih tinggi,

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

dikatakan manfaat meningkatkan protein ini bahkan lebih besar.

Well, we couldn't easily remove carbon dioxide

Yah, kami tidak bisa dengan mudah menghilangkan karbon dioksida

dari udara di sekitar tanaman kami,

from the air around our crop,

but we could add it.

tetapi kami bisa menambahkannya.

And when we did this,

Dan ketika kami melakukan ini,

the model prediction was proved that we did indeed get

prediksi model terbukti bahwa kami memang mendapatkan

an even bigger boost in yield.

dorongan hasil yang lebih besar.

So this told us that evolution has just not had time

Jadi ini memberi tahu kami bahwa evolusi tidak punya waktu

to keep pace with the changes we have made

untuk mengimbangi perubahan yang telah kami buat

in crop environments.

di lingkup tanaman.

Now, another change we've made in crop environments

Sekarang, perubahan lain yang kami buat di lingkup tanaman

is to grow our crops at ever-increasing densities.

adalah menanam tanaman kami dengan kepadatan yang terus meningkat.

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

Ini berarti ada banyak naungan di dalam tanaman.

So over the course of a day,

Jadi selama sehari,

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

daun masuk dan keluar dari tempat teduh karena awan,

due to the passage of the sun across the sky,

karena lewatnya matahari melintasi langit,

but most importantly,

tetapi yang paling penting,

shadows cast by other leaves.

bayangan yang dilayangkan oleh daun lain.

Now, for photosynthesis,

Sekarang, untuk fotosintesis,

when the leaf goes into the shade,

ketika daun pergi ke tempat teduh,

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

seperti Anda keluar dari sinar matahari,

going into the shade of a room,

pergi ke ruangan teduh,

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

dan butuh waktu bagi mata Anda untuk menyesuaikan diri

dengan perubahan itu.

The same is true of photosynthesis,

Hal yang sama berlaku untuk fotosintesis,

except it adjusts rather more slowly than your eyes.

kecuali menyesuaikan lebih lambat daripada mata Anda.

Over the course of the day,

Sepanjang hari,

penyesuaian yang lambat ini merugikan produktivitas

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

sekitar 20 hingga 40 persen.

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

Jadi sekali lagi, menggunakan salinan digital kami

dan juga informasi lainnya,

we identified three proteins that we should regulate.

kami mengidentifikasi tiga protein yang harus kami atur.

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

Jadi kami menambahkan salinan tambahan gen untuk protein itu,

mendapatkan lebih banyak dari mereka,

got more of them,

the leaves adapted faster to fluctuations in light.

daun beradaptasi lebih cepat terhadap fluktuasi cahaya.

And in soybean on our farm

Dan pada kedelai di pertanian kami,

we got more than 20 percent increase in seed yield.

kami mendapat peningkatan hasil benih lebih dari 20 persen.

(Applause)

(Tepuk tangan)

So how do we now get from these improvements

Jadi bagaimana kita sekarang mendapatkan dari perbaikan ini

to seed

untuk benih

which will give greater yields where it is most needed?

yang akan memberikan hasil lebih besar di tempat yang paling dibutuhkan?

And I'll just give you one ongoing example.

Dan saya hanya akan memberi Anda satu contoh berkelanjutan.

We've been working with TJ Higgins,

Kami telah bekerja dengan TJ Higgins,

a plant biotechnologist from Australia,

seorang ahli bioteknologi tanaman dari Australia,

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

yang telah bekerja di Nigeria selama hampir 20 tahun,

developing insect-resistant cowpea.

mengembangkan kacang tunggak tahan serangga.

Cowpea is probably not what you think it is.

Kacang tunggak mungkin tidak seperti yang Anda pikirkan.

Cowpea is actually a nitrogen-fixing crop

Kacang tunggak sebenarnya adalah tanaman pengikat nitrogen

related to soybean,

yang terkait dengan kedelai,

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

dan menghasilkan, seperti kedelai, benih yang kaya protein.

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

Ini adalah sumber protein nabati yang paling penting di Afrika Barat,

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

dan sering disebut sebagai “daging orang miskin.”

A problem with cowpea is that a pod boring insect

Masalah dengan kacang tunggak adalah ulat penggerek polong kacang-kacangan

can completely destroy a family's entire crop.

dapat sepenuhnya menghancurkan seluruh tanaman keluarga.

So TJ's ...

Jadi TJ...

genetically modified cowpea that is insect-resistant

Kacang tunggak hasil rekayasa genetika yang tahan serangga

is very powerful,

sangat kuat,

and TJ and his colleagues work with governments in West Africa

dan TJ dan rekan-rekannya bekerja dengan pemerintah di Afrika Barat

to put in place regulatory frameworks for genetically modified crops.

untuk menerapkan kerangka peraturan untuk tanaman hasil rekayasa genetika.

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

Dan sekarang kacang tunggak tahan serangga ini

tersedia untuk petani di Nigeria,

where it's become very popular.

dimana ia menjadi sangat populer.

This year, it was also released in Ghana.

Tahun ini, itu juga dirilis di Ghana.

So what we are now doing with TJ

Jadi apa yang sekarang kita lakukan dengan TJ

is stacking our photosynthetic improvements

adalah menumpuk perbaikan fotosintesis kami

on top of his insect resistance --

di atas ketahanan serangganya --

this is all royalty-free --

ini semua bebas royalti --

so that these farmers will have access to seed,

sehingga para petani ini akan memiliki akses ke benih,

which will produce a crop which is insect-resistant

yang akan menghasilkan tanaman yang tahan serangga

and delivers a higher yield.

dan menghasilkan hasil yang lebih tinggi.

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

Jadi saya harap saya telah menunjukkan kepada Anda bahwa...

by boosting photosynthesis

dengan meningkatkan fotosintesis

we can relieve the risk of food insufficiency

kita dapat mengurangi risiko kekurangan makanan

for some of the most vulnerable.

untuk beberapa yang paling rentan.

We can protect the environment

Kita dapat melindungi lingkungan

by preventing the need to go onto yet more land

dengan mencegah kebutuhan untuk pergi ke lebih banyak lahan

to produce our food.

untuk menghasilkan makanan kita.

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

Dan kemungkinan bahwa kita bahkan dapat menghilangkan karbon dioksida

from the atmosphere.

dari atmosfer.

A 21-century Green Revolution,

Revolusi Hijau abad ke-21,

one we so urgently need.

yang sangat kita butuhkan.

Thank you.

Terima kasih.

(Applause)

(Tepuk tangan)