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

Traduttore: Laura Ragone Revisore: Roberta Zanella

Today, nearly one in 10 is food insufficient.

Oggi, quasi una persona su dieci non ha abbastanza cibo.

That number has been rising every year since 2014,

Un numero in aumento dal 2014

and it's forecast to become considerably worse

e che si prevede peggiorerà notevolmente

over the next two to three decades.

nei prossimi venti o trent’anni.

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

È particolarmente vero per i paesi più poveri dell’Africa e dell’Asia,

where the rise in demand

dove l'aumento della domanda

is outpacing the rise in our ability to supply.

sta superando l’aumento della capacità di offerta.

I want to tell you how the most important process

Voglio raccontarvi come il processo più importante del pianeta,

on the planet,

boosting that process, photosynthesis,

la fotosintesi, e il suo potenziamento potrebbero ovviare al problema.

could alleviate this problem.

How photosynthesis works

La fotosintesi funziona così:

is that plants remove carbon dioxide from the atmosphere,

le piante rimuovono l’anidride carbonica dall’atmosfera

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

usando l’energia della luce solare per convertirla in cibo,

releasing our oxygen at the same time.

rilasciando allo stesso tempo ossigeno.

Photosynthesis is the most studied of all plant processes,

La fotosintesi è il più studiato di tutti i processi vegetali

and from that knowledge,

e ci rendiamo conto che anche le colture più produttive

we realize that even our most productive crops

are only achieving about one fifth

raggiungono solo circa un quinto

of the potential efficiency of that process.

della potenziale efficienza del processo.

As the most studied of plant processes,

Essendo il processo vegetale più studiato,

we realize that the efficiency is low.

sappiamo che l’efficienza è bassa.

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

Se esaminiamo gli altri miglioramenti genetici apportati alle piante,

these have typically involved one or two genes,

riguardano in genere uno o due geni.

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

Ad esempio, l’accorciamento degli steli di riso e frumento,

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

che aumenta la biomassa vegetale che confluisce nei cereali raccolti,

was at the core of the Green Revolution.

è stato al centro della Rivoluzione Verde.

That involved mutations in just a few genes.

Per farlo, sono servite mutazioni solo di alcuni geni.

But photosynthesis is a process of over 100 steps,

Ma la fotosintesi è un processo di oltre 100 fasi,

each of these facilitated by a different protein

ognuna delle quali facilitata da una proteina diversa,

and in turn coded for by many genes.

ognuna codificata da molti geni.

So where do you start?

Da dove iniziare?

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

Potete immaginarla come una linea di produzione di automobili.

Imagine you've got a thousand workers.

Immaginate di avere un migliaio di lavoratori.

Where do you place them on your line

Dove li mettereste sulla linea

to get the most output?

per ottenere il massimo rendimento?

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

Allo stesso modo, se si considera la quantità di proteine in una foglia,

how do you distribute that between all these steps

come si distribuisce in tutti questi passaggi

to get the maximum efficiency?

per ottenere la massima efficienza?

If you could work that out,

Se riusciste a capirlo,

then maybe you could make progress.

forse potreste fare progressi.

However, to do this experimentally with all these permutations

Tuttavia, per sperimentare tutte queste permutazioni

may take decades.

potrebbero volerci decenni.

So instead, we built a digital twin of the process

Invece, abbiamo creato un gemello digitale del processo

in which every one of these reactions

in cui ogni reazione

was described by a differential equation

è stata descritta da un’equazione differenziale

producing a system that we could then numerically integrate and optimize

che produce un sistema da integrare e ottimizzare numericamente

to pick out where should we be making changes.

per capire dove apportare modifiche.

So after three years of building this system,

Quindi, dopo tre anni di costruzione del sistema,

we are now ready to do our numerical integration.

eravamo pronti per eseguire l’integrazione numerica.

And it failed.

E ha fallito.

It failed miserably.

Ha fallito miseramente.

(Laughter)

(Risate)

Fortunately, another scientist at our computer center

Fortunatamente, un altro scienziato del centro di calcolo

heard us talking about our problems

ci ha sentito parlare dei problemi

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

e ha detto: “Ho avuto esattamente lo stesso problema con lo studio

on balancing rocket motors,

sul bilanciamento dei motori a razzo,

and here's how I solved it."

ed ecco come l’ho risolto”.

So he looked at our problem and he said,

Quindi ha studiato il problema e ha detto:

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

“È più difficile di quello che sto facendo io”.

And he worked with us.

Ha iniziato a lavorare con noi.

And using his methods,

E usando i suoi metodi,

we were now able to numerically integrate our system,

siamo riusciti a integrare numericamente il sistema,

and we could optimize that,

a ottimizzarlo e iniziare a vedere dove

and we could start to see places

where we might be able to improve photosynthesis.

poter migliorare la fotosintesi.

So that's just to tell you

Questo è solo per dirvi

that photosynthesis isn't rocket science.

che la fotosintesi non è complicata come andare nello spazio, di più.

It's harder.

(Laughter)

(Risate)

(Applause)

(Applausi)

Well, of course, models can look very attractive.

Certo, i modelli possono sembrare molto attraenti,

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

ma quando bisogna andare in un campo fangoso

to show that you can actually do this,

per dimostrare che si può fare davvero,

it doesn't look quite so pretty.

non è poi così bello.

But despite these challenges,

Nonostante queste sfide,

we were able to get together a team of experts

siamo riusciti a mettere insieme un team di esperti

from Australia, Britain, China and the United States

provenienti da Australia, Gran Bretagna, Cina e Stati Uniti,

to work together on this.

per collaborare su questo tema.

And this is how we work.

Ecco come lavoriamo.

We use this digital twin to say, well,

Usiamo il gemello digitale per chiederci

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

quale sia la modifica più semplice per avere un grande impatto.

Then we engineer that into a crop.

Poi la applichiamo in una coltura.

If in the greenhouse,

Se in serra vediamo

we can see that the genetically modified plant is yielding more

che la pianta geneticamente modificata produce più di quella non modificata,

than the unmodified one,

then we have the acid test saying,

allora serve la prova decisiva:

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

determinare se la resa è davvero maggiore nell’azienda sperimentale.

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

Abbiamo apportato tre diverse modifiche alla fotosintesi,

each individually increasing yield by over 20 percent.

ognuna delle quali aumenta singolarmente la resa di oltre il 20%.

And I'll just tell you about --

E vi parlerò solo...

(Applause)

(Applausi)

A couple of these in a little more detail.

Di un paio di queste in modo un po’ più dettagliato.

In one case, the digital twin said

In un caso, il gemello digitale prevede

a protein we call SBPase

che una proteina chiamata SBPase

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

sia molto più abbondante del normale all’interno della foglia.

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

Quindi abbiamo inserito copie aggiuntive dei geni che codificano quella proteina.

We made more of it, we got more photosynthesis,

Più proteina si produce, più fotosintesi si ottiene

we got a higher yield.

e quindi una resa maggiore.

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

Questo era un po’ un mistero, perché...

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

Questa proteina è una piccola frazione delle proteine totali della foglia.

So why hadn’t evolution already done this?

Allora perché l’evoluzione non l’aveva già fatto?

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

Un collega ci ha fatto notare che gli antenati delle colture

evolved in the carbon dioxide concentration

si sono evoluti con una concentrazione di anidride carbonica

that is about half what it is today.

che è circa la metà di quella attuale.

Aha!

Ah-ah!

So we reran the model at this past CO2 concentration,

Abbiamo quindi reimpostato il modello con la concentrazione di CO2 del passato

and we found now that the model was saying

e abbiamo scoperto che a quel punto il modello dice

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

che la proteina presente è sufficiente.

So then we got curious, what about the future?

Allora ci siamo incuriositi: cosa accadrà in futuro?

In 2050, we're predicting

Nel 2050, si prevede una concentrazione di CO2 notevolmente più elevata.

a considerably higher carbon dioxide concentration.

When we ran it at that higher concentration,

Impostando una concentrazione più alta,

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

il beneficio derivante dall’aumento di questa proteina era ancora maggiore.

Well, we couldn't easily remove carbon dioxide

Era difficile rimuovere la CO2 dall’aria circostante al raccolto,

from the air around our crop,

but we could add it.

ma potevamo aggiungerla.

And when we did this,

E quando lo abbiamo fatto,

the model prediction was proved that we did indeed get

la previsione del modello ha dimostrato che avremmo effettivamente ottenuto

an even bigger boost in yield.

un aumento ancora maggiore della resa.

So this told us that evolution has just not had time

Questo ci ha fatto capire che l'evoluzione semplicemente non ha avuto il tempo

to keep pace with the changes we have made

di tenere il passo con i cambiamenti apportati

in crop environments.

nell’ambito delle colture.

Now, another change we've made in crop environments

Un altro cambiamento nell’ambito delle colture

is to grow our crops at ever-increasing densities.

è stato di far crescere le colture a densità sempre crescenti.

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

Ciò significa che c’è molta ombra all’interno della coltura.

So over the course of a day,

Quindi, nel corso della giornata,

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

le foglie entrano ed escono dall’ombra a causa delle nuvole,

due to the passage of the sun across the sky,

del passaggio del sole nel cielo,

but most importantly,

ma, soprattutto, delle ombre proiettate da altre foglie.

shadows cast by other leaves.

Now, for photosynthesis,

Per quanto riguarda la fotosintesi,

when the leaf goes into the shade,

quando la foglia è all’ombra,

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

è un po’ come uscire dalla luce del sole

going into the shade of a room,

ed entrare nell’ombra di una stanza:

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

gli occhi impiegano del tempo per adattarsi al cambiamento.

The same is true of photosynthesis,

Lo stesso vale per la fotosintesi,

except it adjusts rather more slowly than your eyes.

che però si adatta più lentamente degli occhi.

Over the course of the day,

Nel corso della giornata,

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

questo lento adattamento costa alla produttività circa il 20-40%.

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

Combinando gemello digitale e altre informazioni,

we identified three proteins that we should regulate.

abbiamo identificato tre proteine che dovremmo regolare.

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

Quindi abbiamo aggiunto altre copie dei geni di quelle proteine,

got more of them,

aumentandone la quantità,

the leaves adapted faster to fluctuations in light.

ottenendo foglie che si adattano più velocemente ai cambiamenti di luce.

And in soybean on our farm

Nella coltura di soia,

we got more than 20 percent increase in seed yield.

abbiamo ottenuto un aumento della resa dei semi di oltre il 20%.

(Applause)

(Applausi)

So how do we now get from these improvements

Quindi come possiamo passare da questi miglioramenti

to seed

alle sementi,

which will give greater yields where it is most needed?

che daranno maggiori rese laddove ce n'è più bisogno?

And I'll just give you one ongoing example.

Vi farò solo un esempio attualmente in corso.

We've been working with TJ Higgins,

Lavoriamo con TJ Higgins,

a plant biotechnologist from Australia,

un biotecnologo vegetale australiano,

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

che lavora in Nigeria da quasi 20 anni

developing insect-resistant cowpea.

allo sviluppo di un fagiolo dall’occhio resistente agli insetti.

Cowpea is probably not what you think it is.

Probabilmente non si tratta di quello che pensate.

Cowpea is actually a nitrogen-fixing crop

Il fagiolo dall’occhio è una coltura che fissa l’azoto

related to soybean,

imparentata con la soia,

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

e che produce, come la soia, un seme ricco di proteine.

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

È la maggiore fonte di proteine vegetali dell’Africa occidentale

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

e viene spesso definito la “carne dei poveri”.

A problem with cowpea is that a pod boring insect

Un problema di questo fagiolo è che un insetto che infesta i baccelli

can completely destroy a family's entire crop.

può distruggere completamente l’intero raccolto di una famiglia.

So TJ's ...

Quindi...

genetically modified cowpea that is insect-resistant

il fagiolo geneticamente modificato di TJ resistente agli insetti

is very powerful,

è molto potente,

and TJ and his colleagues work with governments in West Africa

e TJ e i suoi colleghi collaborano con i governi dell’Africa occidentale

to put in place regulatory frameworks for genetically modified crops.

per definire quadri normativi per le colture geneticamente modificate.

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

Ora gli agricoltori nigeriani dispongono di questo fagiolo resistente agli insetti

where it's become very popular.

ed è diventato molto popolare.

This year, it was also released in Ghana.

Quest’anno è stato reso disponibile anche in Ghana.

So what we are now doing with TJ

Quello che stiamo facendo ora con TJ

is stacking our photosynthetic improvements

è unire i miglioramenti alla fotosintesi

on top of his insect resistance --

alla resistenza agli insetti,

this is all royalty-free --

il tutto senza diritti d’autore,

so that these farmers will have access to seed,

in modo che questi agricoltori abbiano accesso alle sementi,

which will produce a crop which is insect-resistant

per produrre una coltura resistente agli insetti

and delivers a higher yield.

e con una resa maggiore.

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

Quindi spero di avervi mostrato che

by boosting photosynthesis

aumentando la fotosintesi

we can relieve the risk of food insufficiency

possiamo ridurre il rischio di insufficienza alimentare

for some of the most vulnerable.

per alcune delle persone più vulnerabili.

We can protect the environment

Possiamo proteggere l'ambiente

by preventing the need to go onto yet more land

evitando la necessità di occupare ancora più terreni

to produce our food.

per la produzione di cibo.

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

E la possibilità di essere forse persino in grado di rimuovere

anidride carbonica dall’atmosfera.

from the atmosphere.

A 21-century Green Revolution,

Una rivoluzione verde del XXI secolo,

one we so urgently need.

di cui abbiamo urgente bisogno.

Thank you.

Grazie.

(Applause)

(Applausi)