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

Çeviri: Ramazan Şen Gözden geçirme: Başak Gökdaş

Today, nearly one in 10 is food insufficient.

Bugün, yaklaşık 10 kişiden biri yetersiz gıda alıyor.

That number has been rising every year since 2014,

Bu sayı 2014′ten bu yana her yıl artıyor

and it's forecast to become considerably worse

ve önümüzdeki 20 ila 30 yıl içinde önemli ölçüde

over the next two to three decades.

daha da kötüleşeceği tahmin ediliyor.

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

Bu, özellikle talepteki artışın tedarik yeteneğimizdeki artışı

where the rise in demand

geride bıraktığı

is outpacing the rise in our ability to supply.

Afrika ve Asya’nın yoksul ülkeleri için geçerlidir.

I want to tell you how the most important process

Size gezegendeki en önemli işlem olan

on the planet,

fotosentezi hızlandırmanın

boosting that process, photosynthesis,

bu sorunu nasıl hafifletebileceğini

could alleviate this problem.

anlatmak istiyorum.

How photosynthesis works

Fotosentez sürecinde,

is that plants remove carbon dioxide from the atmosphere,

bitkiler karbondioksiti atmosferden uzaklaştırır,

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

ardından onu yiyeceğimize dönüştürmek için

releasing our oxygen at the same time.

güneş enerjisini kullanırlar ve aynı zamanda oksijen üretirler.

Photosynthesis is the most studied of all plant processes,

Fotosentez, tüm bitki süreçleri arasında üzerinde en çok çalışılanıdır,

and from that knowledge,

ve bu bilgiden,

we realize that even our most productive crops

en verimli mahsullerimizin bile

are only achieving about one fifth

bu sürecin potansiyel verimliliğinin sadece

of the potential efficiency of that process.

beşte birine ulaştığını görüyoruz.

As the most studied of plant processes,

Bitki süreçlerinin en çok inceleneni olarak,

we realize that the efficiency is low.

verimliliğin düşük olduğunun farkındayız.

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

Şimdi, bitkilerin diğer genetik gelişmelerine bakarsak,

these have typically involved one or two genes,

bunlar tipik olarak bir veya iki geni içeriyor,

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

örneğin, pirinç ve buğday saplarının kısalması,

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

bitkinin biyokütlesinin çoğunun hasat ettiğimiz tahıla girmesini sağladı ve

was at the core of the Green Revolution.

Yeşil Devrim’in merkezinde yer aldı.

That involved mutations in just a few genes.

Bu sadece birkaç gendeki mutasyonla oldu.

But photosynthesis is a process of over 100 steps,

Ancak fotosentez, her biri farklı bir protein tarafından desteklenen

each of these facilitated by a different protein

ve sırayla birçok gen tarafından kodlanan

and in turn coded for by many genes.

100′den fazla adımdan oluşan bir süreçtir.

So where do you start?

Peki nereden başlamalı?

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

Bunu bir araba üretim hattı gibi düşünebilirsiniz.

Imagine you've got a thousand workers.

Binlerce işçiniz olduğunu hayal edin.

Where do you place them on your line

En fazla verimi elde etmek için

to get the most output?

onları nereye yerleştirirsiniz?

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

Benzer şekilde, bir yapraktaki protein miktarını düşünürseniz,

how do you distribute that between all these steps

azami verimi elde etmek için bunu tüm bu adımlar arasında

to get the maximum efficiency?

nasıl dağıtırsınız?

If you could work that out,

Eğer bunu çözebilirseniz

then maybe you could make progress.

o zaman belki ilerleme kaydedilebilir.

However, to do this experimentally with all these permutations

Ancak, bunu tüm bu permütasyonlarla deneysel olarak yapmak

may take decades.

onlarca yıl sürebilir.

So instead, we built a digital twin of the process

Bunun yerine, sürecin, bu reaksiyonların her birinin

in which every one of these reactions

diferansiyel bir denklemle

was described by a differential equation

tanımlandığı bir ikizini geliştirdik.

producing a system that we could then numerically integrate and optimize

Geliştirdiğimiz sistemi, nerede değişiklik yapacağımızı görebileceğimiz şekilde

to pick out where should we be making changes.

sayısal olarak entegre ve optimize edilebilir yaptık.

So after three years of building this system,

Bu sistemi kurduktan üç yıl sonra

we are now ready to do our numerical integration.

sayısal entegrasyonumuzu yapmaya hazırdık.

And it failed.

Ve başarısız oldu.

It failed miserably.

Feci başarısız oldu.

(Laughter)

(Gülüşmeler)

Fortunately, another scientist at our computer center

Neyse ki, bilgisayar merkezimizdeki başka bir bilim adamı

heard us talking about our problems

sorunlarımız hakkında konuştuğumuzu duydu

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

ve şöyle dedi: “Roket motorlarını dengeleme konusundaki çalışmalarımda

on balancing rocket motors,

aynı sorunu yaşadım ve

and here's how I solved it."

bunu şöyle çözdüm.”

So he looked at our problem and he said,

Sorunumuza baktı ve dedi ki,

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

“Bu benim yaptığım işten daha zor.”

And he worked with us.

Ve bizimle çalıştı.

And using his methods,

Ve onun yöntemlerini kullanarak

we were now able to numerically integrate our system,

sistemimizin sayısal entegrasyonunu yapabildik ve

and we could optimize that,

optimize edebildik ve

and we could start to see places

böylece fotosentezi

where we might be able to improve photosynthesis.

geliştirebileceğimiz yerleri görmeye başlayabildik.

So that's just to tell you

Bunlar size fotosentezin

that photosynthesis isn't rocket science.

roket bilimi olmadığını göstermek içindi.

It's harder.

Bu daha da zor bir şey.

(Laughter)

(Gülüşmeler)

(Applause)

(Alkışlar)

Well, of course, models can look very attractive.

Tabii ki, modeller çok çekici görünebilir.

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

Ama şimdi bunu gerçekten yapabileceğinizi göstermek için

to show that you can actually do this,

çamurlu bir tarlaya girmeniz gerektiğinde,

it doesn't look quite so pretty.

o kadar da güzel görünmüyor.

But despite these challenges,

Ancak bu zorluklara rağmen,

we were able to get together a team of experts

bu konuda birlikte çalışmak için

from Australia, Britain, China and the United States

Avustralya, İngiltere, Çin ve ABD’den uzmanlardan oluşan bir ekibi

to work together on this.

bir araya getirmeyi başardık.

And this is how we work.

İşte böyle çalışıyoruz.

We use this digital twin to say, well,

Bu dijital ikizi kullanarak şunu soruyoruz:

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

Büyük bir etkisi olması için yapabileceğimiz en kolay değişiklik nedir?

Then we engineer that into a crop.

Sonra bunu bir mahsul hâline getiriyoruz.

If in the greenhouse,

Eğer serada

we can see that the genetically modified plant is yielding more

genetiği değiştirilmiş bitkinin modifiyeedilmemiş olandan daha fazla

than the unmodified one,

ürün verdiğini görebiliyorsak,

then we have the acid test saying,

o zaman asit testi yaprak bunun

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

deneysel çiftliğimizde daha yüksek verim sağlayıp sağlamadığına bakıyoruz.

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

Şimdi fotosentezde üç farklı değişiklik yaptık,

each individually increasing yield by over 20 percent.

her biri ayrı olarak verimi yüzde 20′den fazla artırdı.

And I'll just tell you about --

Ve size bunlardan...

(Applause)

(Alkışlar)

A couple of these in a little more detail.

...bir kaçını biraz daha ayrıntılı olarak anlatacağım.

In one case, the digital twin said

Bir durumda, dijital ikiz

a protein we call SBPase

SBPase dediğimiz bir proteinin

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

yaprakta olduğundan çok daha bol olması gerektiğini söyledi.

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

Bu yüzden bu proteini kodlayan genlerden daha fazla ekledik.

We made more of it, we got more photosynthesis,

Daha fazla yaptık, daha fazla fotosentez elde ettik,

we got a higher yield.

daha yüksek verim aldık.

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

Bu biraz gizemdi çünkü...

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

Bu protein, yaprağın toplam proteininin küçük bir kısmı.

So why hadn’t evolution already done this?

Öyleyse neden evrim bunu daha önce yapmamıştı?

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

Bir meslektaşımız, mahsullerimizin atalarının

evolved in the carbon dioxide concentration

bugünkünün yaklaşık yarısı olan karbondioksit konsantrasyonunda

that is about half what it is today.

evrimleştiğine dikkat çekti.

Aha!

Aha!

So we reran the model at this past CO2 concentration,

Bu yüzden modeli geçmiş CO2 konsantrasyonunda tekrar çalıştırdık

and we found now that the model was saying

ve bu sefer modelin bu proteine daha fazla ihtiyaç

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

olmadığını söylediğini gördük.

So then we got curious, what about the future?

Sonra merak ettik, peki ya gelecekte ne olacak?

In 2050, we're predicting

2050′de, önemli ölçüde

a considerably higher carbon dioxide concentration.

daha yüksek bir karbondioksit konsantrasyonu öngörüyoruz.

When we ran it at that higher concentration,

Daha yüksek konsantrasyonda çalıştırdığımızda,

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

bu proteini artırmanın faydasının daha da büyük olduğunu söyledi.

Well, we couldn't easily remove carbon dioxide

Karbondioksiti mahsulümüzün etrafındaki havadan

from the air around our crop,

kolayca çıkaramadık,

but we could add it.

ama ekleyebilirdik.

And when we did this,

Ve bunu yaptığımızda,

the model prediction was proved that we did indeed get

model tahmini, verimde gerçekten daha da büyük bir artış

an even bigger boost in yield.

elde ettiğimizi kanıtladı.

So this told us that evolution has just not had time

Bu, bize evrimin ekin ortamlarında yaptığımız değişikliklere

to keep pace with the changes we have made

ayak uydurmak için zamanı olmadığını söyledi.

in crop environments.

Now, another change we've made in crop environments

Şimdi, ekin ortamlarında yaptığımız bir başka değişiklik de

is to grow our crops at ever-increasing densities.

ekinlerimizi sürekli artan yoğunluklarda yetiştirmektir.

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

Bu, ekinin içinde çok fazla gölgeleme olduğu anlamına gelir.

So over the course of a day,

Yani bir gün boyunca,

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

bulutlar ve güneşin gökyüzünde hareket etmesi nedeniyle

due to the passage of the sun across the sky,

yapraklar gölgeye girip çıkıyor,

but most importantly,

ama en önemlisi

shadows cast by other leaves.

diğer yaprakların oluşturduğu gölgeler.

Now, for photosynthesis,

Şimdi, fotosentez için,

when the leaf goes into the shade,

yaprağın gölgeye girmesi

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

sizin güneş ışığından çıkıp bir odanın gölgesine girmeniz gibidir

going into the shade of a room,

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

ve gözlerinizin bu değişime alışması zaman alır.

The same is true of photosynthesis,

Aynısı fotosentez için de geçerlidir,

except it adjusts rather more slowly than your eyes.

ancak alışmaları gözlerinizden daha yavaş olur.

Over the course of the day,

Gün boyunca,

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

bu yavaş alışma, üretkenliği tahminen yüzde 20 ila 40 etkiliyor.

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

Yine, dijital ikizimizi ve diğer bilgileri kullanarak

we identified three proteins that we should regulate.

düzenlememiz gereken üç protein belirledik.

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

Bu yüzden bu proteinler için genlerin fazladan kopyalarını ekledik,

got more of them,

daha fazla elde ettik,

the leaves adapted faster to fluctuations in light.

yapraklar ışıktaki dalgalanmalara daha hızlı uyum sağladı.

And in soybean on our farm

Ve çiftliğimizdeki soya fasulyesinde

we got more than 20 percent increase in seed yield.

tohum veriminde yüzde 20′den fazla artış elde ettik.

(Applause)

(Alkışlar)

So how do we now get from these improvements

Peki şimdi bu iyileştirmelerden en çok ihtiyaç duyulan yerlerde

to seed

daha fazla

which will give greater yields where it is most needed?

verim sağlayacak olan tohumlara nasıl ulaşacağız?

And I'll just give you one ongoing example.

Ve size devam eden bir örnek vereceğim.

We've been working with TJ Higgins,

Avustralya’dan bir bitki biyoteknoloji uzmanı olan

a plant biotechnologist from Australia,

TJ Higgins ile çalışıyoruz.

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

Kendisi yaklaşık 20 yıldır Nijerya’da çalışıyor ve

developing insect-resistant cowpea.

böceklere dayanıklı börülce geliştiriyor.

Cowpea is probably not what you think it is.

Börülce muhtemelen düşündüğünüz şey değil.

Cowpea is actually a nitrogen-fixing crop

Börülce aslında soya fasulyesi ile akraba olan

related to soybean,

azot sabitleyici bir üründür

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

ve soya fasulyesi gibi protein açısından zengin bir tohum üretir.

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

Esasında Batı Afrika’daki en önemli bitkisel protein kaynağıdır

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

ve genellikle “fakir adamın eti” olarak anılır.

A problem with cowpea is that a pod boring insect

Börülce ile ilgili bir sorun, kapsül kurdunun

can completely destroy a family's entire crop.

bir ailenin tüm mahsulünü tamamen yok edebilmesidir.

So TJ's ...

Yani TJ’in...

genetically modified cowpea that is insect-resistant

Böceklere dayanıklı genetiği değiştirilmiş börülce

is very powerful,

çok güçlüdür

and TJ and his colleagues work with governments in West Africa

ve TJ ve meslektaşları, genetiği değiştirilmiş mahsullerle ilgili

to put in place regulatory frameworks for genetically modified crops.

düzenleyici çerçeveler oluşturmak için Batı Afrika hükümetleriyle çalışıyor.

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

Ve şimdi bu böceklere dayanıklı börülceyi Nijerya’daki çiftçiler kullanılabilir

where it's become very popular.

ve çok da popüler oldu.

This year, it was also released in Ghana.

Bu yıl, Gana’da da piyasaya sürüldü.

So what we are now doing with TJ

Şimdi TJ ile

is stacking our photosynthetic improvements

fotosentetik iyileştirmelerimizi

on top of his insect resistance --

böcek direncinin üzerine koymaya çalışıyoruz

this is all royalty-free --

- bunların hepsi telifsizdir -

so that these farmers will have access to seed,

böylece bu çiftçiler böceklere dayanıklı

which will produce a crop which is insect-resistant

ve daha yüksek verimli bir mahsul verecek

and delivers a higher yield.

bir tohuma erişecekler.

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

Umarım size şunu göstermişimdir...

by boosting photosynthesis

fotosentezi artırarak,

we can relieve the risk of food insufficiency

en savunmasız olanlardan bazıları için

for some of the most vulnerable.

gıda yetersizliği riskini azaltabiliriz.

We can protect the environment

Yiyeceklerimizi üretmek için

by preventing the need to go onto yet more land

daha fazla araziye gitme ihtiyacını önleyerek

to produce our food.

çevreyi koruyabiliriz.

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

Hatta atmosferden karbondioksiti

from the atmosphere.

uzaklaştırabiliriz bile.

A 21-century Green Revolution,

21. yüzyıl Yeşil Devrimi,

one we so urgently need.

acilen ihtiyacımız olan bir devrim.

Thank you.

Teşekkür ederim.

(Applause)

(Alkışlar)