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

Translator: Kim Ngan Vu Reviewer: Trang Phạm

Today, nearly one in 10 is food insufficient.

Ngày nay, cứ 10 người thì có 1 người bị thiếu ăn.

That number has been rising every year since 2014,

Con số này vẫn tăng đều hàng năm kể từ 2014,

and it's forecast to become considerably worse

và dự kiến sẽ trở nên tồi tệ hơn

over the next two to three decades.

đáng kể trong hai đến ba thập kỷ tới.

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

Điều này đặc biệt đúng đối với các nước nghèo ở Châu Phi và Châu Á,

where the rise in demand

khu vực có nhu cầu về mọi mặt tăng

is outpacing the rise in our ability to supply.

đang vượt xa khả năng cung ứng của chúng ta.

I want to tell you how the most important process

Tôi muốn cho bạn biết cách quá trình quan trọng nhất

on the planet,

trên hành tinh,

boosting that process, photosynthesis,

việc thúc đẩy quá trình đó, quang hợp,

could alleviate this problem.

có thể cải thiện vấn đề này.

How photosynthesis works

Cách sự quang hợp hoạt động

is that plants remove carbon dioxide from the atmosphere,

đó là thực vật loại bỏ khí CO2 ra khỏi khí quyển,

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

rồi dùng năng lượng mặt trời chuyển hóa nó thành thức ăn,

releasing our oxygen at the same time.

đồng thời giải phóng khí oxy.

Photosynthesis is the most studied of all plant processes,

Quá trình quang hợp được nghiên cứu nhiều nhất

trong các quá trình của thực vật,

and from that knowledge,

và từ kiến thức đó,

we realize that even our most productive crops

chúng tôi nhận ra rằng kể cả những cánh đồng năng suất nhất

cũng chỉ đạt được khoảng một phần năm

are only achieving about one fifth

of the potential efficiency of that process.

của hiệu quả tiềm năng của quá trình đó.

Dù là một trong những quá trình được nghiên cứu nhiều nhất,

As the most studied of plant processes,

we realize that the efficiency is low.

chúng tôi nhận thấy hiệu quả còn khá thấp.

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

Giờ, nếu ta nhìn vào các cải tiến di truyền khác của thực vật,

these have typically involved one or two genes,

những cái có sự tham gia của một hoặc hai gen,

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

ví dụ, việc rút ngắn thân của lúa và lúa mì,

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

cho phép nhiều sinh khối của cây đi vào ngũ cốc mà ta thu hoạch,

was at the core of the Green Revolution.

là cốt lõi của Cách mạng Xanh.

That involved mutations in just a few genes.

Điều đó liên quan đến đột biến của chỉ một vài gen.

Nhưng quang hợp là một quá trình gồm hơn 100 bước,

But photosynthesis is a process of over 100 steps,

each of these facilitated by a different protein

mỗi bước được một protein khác nhau hỗ trợ

and in turn coded for by many genes.

và lần lượt được mã hóa bởi nhiều gen.

So where do you start?

Vậy ta nên bắt đầu từ đâu?

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

Ta hình dung quá trình này như một dây chuyền sản xuất xe hơi.

Imagine you've got a thousand workers.

Tưởng tượng rằng ta có một ngàn công nhân.

Where do you place them on your line

Ta đặt họ ở đâu trên dây chuyền

to get the most output?

để cho ra nhiều kết quả nhất?

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

Tương tự, nếu ta xét lượng protein trong một chiếc lá,

how do you distribute that between all these steps

làm sao để ta phân phối protein giữa tất cả các bước này

to get the maximum efficiency?

để có được hiệu quả tối đa?

If you could work that out,

Nếu ta giải quyết được điều đó,

then maybe you could make progress.

thì có lẽ ta mới có thể cải thiện được.

However, to do this experimentally with all these permutations

Tuy nhiên, để thực hiện thực nghiệm này với tất cả các hoán vị

may take decades.

sẽ có thể tốn nhiều thập kỷ.

So instead, we built a digital twin of the process

Thay vào đó, chúng tôi xây dựng một bộ đôi kỹ thuật số của quá trình

in which every one of these reactions

trong đó mỗi phản ứng

was described by a differential equation

được mô tả bằng một phương trình vi phân

producing a system that we could then numerically integrate and optimize

tạo một hệ thống mà sau đó chúng tôi có thể tích hợp và tối ưu hóa số

to pick out where should we be making changes.

để chọn ra nơi chúng tôi nên thực hiện thay đổi.

So after three years of building this system,

Vì vậy, sau ba năm xây dựng hệ thống này,

we are now ready to do our numerical integration.

giờ đây chúng tôi đã sẵn sàng để thực hiện tích hợp số.

And it failed.

Và nó đã thất bại.

It failed miserably.

Nó thất bại thảm hại.

(Laughter)

(Cười)

Fortunately, another scientist at our computer center

May mắn thay, một nhà khoa học khác tại trung tâm máy tính của chúng tôi

heard us talking about our problems

đã nghe chúng tôi nói về vấn đề này

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

và nói, "Tôi cũng gặp vấn đề tương tự

on balancing rocket motors,

khi cân bằng động cơ tên lửa,

and here's how I solved it."

và đây là cách tôi giải quyết nó.”

So he looked at our problem and he said,

Anh ấy xem vấn đề của chúng tôi và nói,

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

“Ồ, cái này còn khó hơn cả cái tôi đang làm."

And he worked with us.

Và anh ấy đã làm với chúng tôi.

And using his methods,

Bằng việc dùng các phương pháp của anh ấy,

we were now able to numerically integrate our system,

chúng tôi đã có thể tích hợp số hệ thống,

and we could optimize that,

và tối ưu nó,

and we could start to see places

và đã có thể nhìn thấy những điểm

where we might be able to improve photosynthesis.

mà chúng tôi có thể cải thiện quá trình quang hợp.

So that's just to tell you

Điều đó nói lên rằng

that photosynthesis isn't rocket science.

quang hợp không khó lắm đâu,

It's harder.

mà khó hơn.

(Laughter)

(Cười)

(Applause)

(Vỗ tay)

Well, of course, models can look very attractive.

Tất nhiên, mô hình thì luôn trông rất hấp dẫn.

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

Nhưng nếu ta phải đi ra ruộng bùn

to show that you can actually do this,

để chứng tỏ rằng có thể thực sự làm việc,

it doesn't look quite so pretty.

thì lại trông không hấp dẫn lắm.

But despite these challenges,

Nhưng bất chấp những thách thức này,

we were able to get together a team of experts

chúng tôi đã có thể tập hợp một nhóm các chuyên gia

from Australia, Britain, China and the United States

từ Úc, Anh, Trung Quốc và Hoa Kỳ

to work together on this.

để cùng giải quyết vấn đề này.

And this is how we work.

Và đây là cách chúng tôi làm.

We use this digital twin to say, well,

Chúng tôi sử dụng bộ đôi kỹ thuật số để tìm hiểu

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

thay đổi nào dễ nhất mà chúng tôi có thể thực hiện để mang lại hiệu quả lớn?

Then we engineer that into a crop.

Sau đó, chúng tôi lồng ghép nó vào một vụ mùa.

If in the greenhouse,

Nếu ở trong nhà kính,

we can see that the genetically modified plant is yielding more

ta có thể thấy cây biến đổi gen đang cho năng suất cao

than the unmodified one,

hơn cây chưa biến đổi,

then we have the acid test saying,

thông qua kiểm tra với acid, thấy rằng

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

liệu nó có thực sự giúp cánh đồng thực nghiệm tăng sản lượng không?

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

Bây giờ ta đã thực hiện ba thay đổi khác nhau đối với quang hợp,

each individually increasing yield by over 20 percent.

mỗi thay đổi riêng lẻ giúp tăng năng suất hơn 20%.

And I'll just tell you about --

Và tôi sẽ nói về --

(Applause)

(Vỗ tay)

A couple of these in a little more detail.

Chi tiết hơn một chút về những thay đổi.

In one case, the digital twin said

Ở một trường hợp, bộ đôi kỹ thuật cho thấy

a protein we call SBPase

một loại protein, gọi là SBPase

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

nên được có mặt trong lá với hàm lượng nhiều hơn.

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

Nên chúng tôi đã đưa thêm các bản sao của các gen mã hóa cho protein đó.

We made more of it, we got more photosynthesis,

Càng nhiều SBPase, càng nhiều quang hợp,

we got a higher yield.

sản lượng cũng tăng cao hơn.

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

Chà, điều này hơi bí ẩn vì...

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

SBPase chỉ là một phần nhỏ trong tổng số protein của lá.

So why hadn’t evolution already done this?

Vậy tại sao tiến hóa chưa làm điều này?

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

Một đồng nghiệp của chúng tôi chỉ ra rằng các vụ mùa xưa

evolved in the carbon dioxide concentration

tiến hóa ở nồng độ carbon dioxide

that is about half what it is today.

bằng khoảng một nửa so với ngày nay.

Aha!

Aha!

So we reran the model at this past CO2 concentration,

Vì vậy, chúng tôi chạy lại mô hình ở nồng độ CO2 trong quá khứ,

and we found now that the model was saying

kết quả thu được là

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

ta không cần thêm loại protein này nữa.

So then we got curious, what about the future?

Nên chúng tôi tò mò, vậy còn trong tương lai thì sao?

In 2050, we're predicting

Vào năm 2050, chúng tôi dự đoán

a considerably higher carbon dioxide concentration.

nồng độ carbon dioxide đang cao hơn đáng kể.

When we ran it at that higher concentration,

Khi chúng tôi chạy mô hình ở nồng độ cao hơn,

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

kết quả cho thấy lợi ích của việc tăng protein này thậm chí còn lớn hơn.

Well, we couldn't easily remove carbon dioxide

Không dễ để loại bỏ carbon dioxide ra khỏi

from the air around our crop,

môi trường xung quanh cánh đồng,

but we could add it.

nhưng ta có thể thêm vào.

And when we did this,

Và khi chúng tôi làm điều này,

the model prediction was proved that we did indeed get

mô hình dự đoán đã chứng minh ta đã thực sự

an even bigger boost in yield.

gia tăng được sản lượng còn tốt hơn.

So this told us that evolution has just not had time

Vì vậy, điều này cho thấy rằng quá trình tiến hóa không có thời gian

to keep pace with the changes we have made

theo kịp với thay đổi mà ta đã thực hiện

in crop environments.

trong môi trường cây trồng.

Now, another change we've made in crop environments

Giờ, chúng tôi thực hiện thay đổi khác tới môi trường trồng

is to grow our crops at ever-increasing densities.

là tăng mật độ cây trồng lên,

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

tức tạo ra nhiều bóng râm giữa các cây.

So over the course of a day,

Nên trong một ngày,

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

lá cây chuyển từ sáng sang tối do những đám mây di chuyển,

due to the passage of the sun across the sky,

do ánh mặt trời chiếu ngang qua bầu trời,

but most importantly,

nhưng quan trọng nhất là,

shadows cast by other leaves.

bóng do những chiếc lá khác tạo ra.

Now, for photosynthesis,

Giờ, đối với quá trình quang hợp,

when the leaf goes into the shade,

khi lá vào bóng râm,

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

giống như khi bạn đi từ nơi có ánh sáng mặt trời,

going into the shade of a room,

tới nơi có bóng râm của một căn phòng,

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

và mắt bạn cần thời gian để thích nghi với sự thay đổi đó.

The same is true of photosynthesis,

Điều này cũng đúng với quang hợp,

except it adjusts rather more slowly than your eyes.

ngoại trừ việc nó điều chỉnh chậm hơn mắt của bạn.

Over the course of the day,

Trong một ngày, sự điều chỉnh chậm

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

làm tiêu tốn năng suất ước tính từ 20 đến 40 phần trăm.

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

Nên, một lần nữa, bằng việc sử dụng bộ đôi kỹ thuật số và các thông tin khác,

we identified three proteins that we should regulate.

chúng tôi xác định được ba loại protein mà chúng tôi nên điều chỉnh.

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

Chúng tôi đã thêm các bản sao của các gen cho các protein đó,

got more of them,

tạo thêm chúng,

the leaves adapted faster to fluctuations in light.

giúp lá thích nghi nhanh hơn với sự dao động của ánh sáng.

And in soybean on our farm

Đậu tương chúng tôi trồng trong trang trại

we got more than 20 percent increase in seed yield.

đã tăng hơn 20 phần trăm sản lượng hạt.

(Applause)

(Vỗ tay)

So how do we now get from these improvements

Vậy làm thế nào để chúng ta, từ những cải tiến này

to seed

khi gieo hạt

which will give greater yields where it is most needed?

có thể cho năng suất cao hơn ở những nơi cần nó nhất?

And I'll just give you one ongoing example.

Để tôi cho bạn thêm một ví dụ.

We've been working with TJ Higgins,

Chúng tôi đang làm việc với TJ Higgins,

a plant biotechnologist from Australia,

nhà công nghệ sinh học thực vật từ Úc,

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

người đã làm việc ở Nigeria trong gần 20 năm,

developing insect-resistant cowpea.

phát triển đậu đũa kháng côn trùng.

Cowpea is probably not what you think it is.

Đậu đũa có lẽ không như những gì bạn nghĩ.

Cowpea is actually a nitrogen-fixing crop

Đậu đũa là loại cây trồng cố định nitơ

related to soybean,

giống như đậu tương,

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

và nó cũng tạo ra hạt giàu protein, như đậu tương.

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

Thực tế, nó là nguồn cung cấp protein thực vật quan trọng nhất ở Tây Phi,

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

và nó thường được gọi là “thịt của người nghèo”.

A problem with cowpea is that a pod boring insect

Một vấn đề với đậu đũa là côn trùng đục vỏ

can completely destroy a family's entire crop.

có thể phá hủy hoàn toàn toàn bộ vụ mùa của một gia đình.

So TJ's ...

Và...

genetically modified cowpea that is insect-resistant

đậu đũa biến đổi gen có khả năng kháng côn trùng của TJ

is very powerful,

rất mạnh,

and TJ and his colleagues work with governments in West Africa

TJ và các đồng nghiệp của ông làm việc với các chính phủ ở Tây Phi

to put in place regulatory frameworks for genetically modified crops.

để đưa ra các khuôn khổ pháp lý cho cây trồng biến đổi gen.

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

Giờ đây loại đậu đũa kháng côn trùng này đã có sẵn cho nông dân ở Nigeria,

where it's become very popular.

và trở nên rất phổ biến.

This year, it was also released in Ghana.

Năm nay, nó cũng được phân phối tại Ghana.

So what we are now doing with TJ

Vì vậy, việc chúng tôi đang làm với TJ

is stacking our photosynthetic improvements

là lồng ghép những cải tiến quang hợp của chúng tôi với

on top of his insect resistance --

khả năng chống chịu côn trùng của anh ấy

this is all royalty-free --

miễn phí --

so that these farmers will have access to seed,

để giúp nông dân tiếp cận với hạt giống,

which will produce a crop which is insect-resistant

tạo ra loại cây trồng có khả năng chống côn trùng

and delivers a higher yield.

và mang lại năng suất cao hơn.

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

Tôi hy vọng đã chỉ ra cho bạn thấy rằng

by boosting photosynthesis

bằng cách thúc đẩy quá trình quang hợp,

we can relieve the risk of food insufficiency

chúng ta có thể giảm nguy cơ thiếu thức ăn

for some of the most vulnerable.

cho đối tượng dễ bị tổn thương nhất.

We can protect the environment

Chúng ta có thể bảo vệ môi trường

by preventing the need to go onto yet more land

bằng cách ngăn chặn nhu cầu phải sử dụng thêm đất

to produce our food.

để sản xuất lương thực

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

Và khả năng chúng ta thậm chí có thể loại bỏ carbon dioxide

from the atmosphere.

khỏi khí quyển.

A 21-century Green Revolution,

Cuộc Cách Mạng Xanh thế kỷ 21,

one we so urgently need.

là cuộc cách mạng mà ta đang rất cần.

Thank you.

Xin cảm ơn.

(Applause)

(Vỗ tay)