المحاصيل المقاومة للمستقبل: هل يمكن للتعديل الجيني أن يعالج مشكلة الأمن الغذائي؟

هناك حاجة إلى زراعة أفضل

في ظلّ مواجهة حضارتنا لتزامن تزايد عدد السكان وعدم استقرار المناخ، تعود مسألة الأمن الغذائي إلى واجهة القضايا المهمة التي يجب معالجتها. ويضاف إلى هذه المخاطر مخاطر أخرى كثيرة، مما يزيد من حساسية هذه القضية، كالضرر المستمر الذي يلحق بالتنوع البيولوجي وانقراض الأنواع، والتلوث، وتآكل التربة الخصبة، وتوسع الأراضي الصالحة للزراعة، وغيرها.

ونتيجة لهذا، تتزايد الضغوط الهائلة على علماء الزراعة وعلماء النبات لتقديم حلول من شأنها أن تنجح في إدارة كل شيء في وقت واحد لتوفير عزل الكربون، وزيادة إنتاج الغذاء، وتقليل التأثير على الأراضي الصالحة للزراعة.

"إذا لم نتمكن من فعل ذلك بشكل صحيح، فأنا لا أعتقد أن أي شيء آخر يهم حقًا"

وزير الخارجية الأمريكي أنتوني بلينكن في فعالية الحلول العالمية للأمن الغذائي في نيويورك في سبتمبر 2023

تُعدّ الهندسة الوراثية إحدى أكثر الأدوات الواعدة، إلا أن تركيزها يختلف عن تحرير جينات المحاصيل سابقًا. فبينما كان التركيز السابق منصبًّا على السعي لتحقيق غلات أعلى بأي ثمن، وبالتزامن مع استخدام كميات كبيرة من المواد الكيميائية، فإن الأساليب الأكثر تطورًا يمكن أن تجمع بين إنتاجية أعلى ونتائج أكثر استدامة أيضًا.

هذه هي الحجة التي طورها ستيفن لونج، أستاذ علوم المحاصيل وعلم الأحياء النباتية في جامعة إلينوي أوربانا شامبين، في منشور¹ تحت عنوان "الاحتياجات والفرص المتاحة لحماية المحاصيل في المستقبل واستخدام أنظمة المحاصيل للتخفيف من تغير الغلاف الجوي".

كوكب متغير

صورة قاتمة؟

قبل مناقشة كيفية التكيف، علينا فهم ما يتغير، والصورة معقدة للغاية. من المتوقع ألا يقتصر تأثير الاحتباس الحراري على تغيير الظروف المناخية العادية، مما يزيد خصوبة بعض المناطق ويقلها، بل سيزيد أيضًا من وتيرة وشدة الظواهر المناخية المتطرفة.

ويشمل ذلك درجات الحرارة القصوى، والجفاف، والفيضانات، ومستويات الأوزون السطحية، وكلها يمكن أن تؤثر بشكل كبير على غلة المحاصيل، حتى أكثر من التغيير العام في الظروف المتوسطة، والذي قد يكون تغيير الأساليب الزراعية كافيا له.

بلغ تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي 2 جزءًا في المليون عام 427، ومن المتوقع أن يصل إلى حوالي 2024 جزء في المليون بحلول عامي 600 و2050. في مثل هذا السيناريو، قد يرتفع متوسط ​​درجة الحرارة العالمية بمقدار 2060 درجة مئوية أخرى بحلول عامي 1.2 و2050، ليصل إلى 60 درجة مئوية فوق درجات حرارة ما قبل الثورة الصناعية.

وفيما يتعلق بالطعام، سيحتاج العالم إلى ما بين 35 و56% زيادة في الغذاء بحلول عام 2050، وذلك بسبب زيادة الاستهلاك للفرد، ونمو السكان، وزيادة هدر إنتاج الغذاء مع انتقال المزيد من الناس إلى المدن.

وعندما نجمع ذلك مع الخسائر المتوقعة في المحاصيل نتيجة للأحداث المتطرفة وتحولات المناخ، فإن هذا يعني تقريبا الحاجة إلى مضاعفة الإنتاج العالمي من الغذاء بحلول عام 2050.

ليست كل الأخبار السيئة

ومع ذلك، فإن ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون، الذي يُسهم في تغير المناخ، له تأثير إيجابي: فهو يُحفّز نمو النباتات. في الواقع، تُستخدم تركيزات ثاني أكسيد الكربون المتزايدة بشكل روتيني في البيوت البلاستيكية لزيادة الغلة.

"تُظهر الأصناف النخبوية الحديثة من الأرز وفول الصويا زيادات في الغلة بنحو 30% مع ارتفاع مستويات ثاني أكسيد الكربون إلى المستويات المتوقعة في الفترة 2-2050.

"لا تظهر المحاصيل C4 - الذرة والذرة الرفيعة - زيادة في الغلة، لأنها مشبعة بالفعل بثاني أكسيد الكربون عند المستويات المرتفعة بالفعل اليوم"

وهذا صحيح بشكل خاص بالنسبة للنباتات ذات التمثيل الغذائي C3، والتي تشمل معظم المحاصيل غير الاستوائية، وتنتج كمية كبيرة من المحاصيل الأساسية في العالم (نباتات C4 لها عملية أيض مختلفة، والتي تركز ثاني أكسيد الكربون في الورقة قبل عملية التمثيل الضوئي، لذلك فمن المنطقي أن تكون مستويات ثاني أكسيد الكربون المحيطة أقل أهمية بالنسبة لها).

المصدر جي فور جي

والخبر السار الآخر هو أن مضاعفة إنتاج المحاصيل ليس ممكناً فحسب، بل إنه أمر يتم تحقيقه بالفعل، على الأقل بالنسبة لبعض المحاصيل المحددة.

على سبيل المثال، أدت الاستثمارات الضخمة في البحث والتطوير من جانب الشركات الزراعية بالفعل إلى مضاعفة إنتاج الذرة، في حين تخلفت المحاصيل الأساسية الأخرى، مثل الأرز والقمح والبطاطس والذرة الرفيعة (المهمة في أفريقيا والمناطق الاستوائية) عن الركب.

المصدر الجمعية الملكية للنشر

التعامل مع المشاكل الزراعية

الأوزون على ارتفاعات منخفضة

الأوزون التروبوسفيري (O3) هو ملوث ثانوي يتكون نتيجة لتأثير ضوء الشمس على المركبات العضوية المتطايرة وأكاسيد النيتروجين في كتل الهواء الملوثة.

اليوم، يمكن العثور على مستويات تزيد عن 100 جزء في المليار في كثير من الأحيان في المناطق الريفية في حزام الذرة في الولايات المتحدة، مع مستويات أعلى بشكل ملحوظ في مناطق إنتاج المحاصيل الرئيسية في الصين والهند.

يُسبب الأوزون بالفعل خسائر بنسبة 5% في فول الصويا وحوالي 10% في الذرة في الولايات المتحدة، بتكلفة تُقدر بنحو 9 مليارات دولار سنويًا. وفي المجمل، قد يُؤدي هذا إلى خسارة تصل إلى 10% من المحاصيل العالمية.

يمكن للتعديل الجيني على تشريح النبات، وخاصةً الثغور (المنطقة التي يدخل منها الهواء إلى الأوراق)، أن يقلل من اختراق الأوزون وتلفه. مع زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون، لا يُفترض أن يؤثر قلة فتح الثغور بشكل كبير على كفاءة عملية التمثيل الضوئي.

المصدر حقائق علمية

إن تعزيز إنتاج مضادات الأكسدة في النبات قد يساعد أيضًا في تقليل الأكسدة بواسطة جزيئات الأوزون، ويساعد في تحسين مقاومة النبات بشكل عام للإجهاد.

الجفاف واستخدام المياه

ومن المتوقع أن يؤدي ارتفاع درجات الحرارة والطقس المتطرف إلى المزيد من نقص المياه.

بحلول عام 2050، من المتوقع أن ترتفع خسائر المحاصيل العالمية بسبب الجفاف في الذرة إلى 21.3% من متوسط ​​سابق بلغ 12.0% للفترة 1961-2006، وبالنسبة للقمح من 9.6% إلى 15.5%.

وسترتفع نسبة المناطق المتضررة من الجفاف بشكل أكبر في أفريقيا وأوقيانوسيا، من 22% و15% حالياً على التوالي، إلى 59% و58% بحلول نهاية القرن.

وهنا أيضًا، قد يساعد فتح الثغور السفلية على تقليل احتياجات النباتات من المياه، وتقليل التوتر أثناء فترات الجفاف.

كانت النتيجة تحسنًا بنسبة 15% في كفاءة استخدام المياه على مستوى أوراق التبغ المزروع في الحقل، وانخفاضًا بنسبة 30% في استخدام المياه للنبات بأكمله. ونظرًا للسرعة العالية التي يمكن بها تعديله وراثيًا، يُستخدم التبغ غالبًا كحقل اختبار لدراسة التعديلات التي يمكن تطبيقها على مجموعة متنوعة من النباتات الأخرى.

الهندسة الوراثية مثل إدخال العصوية الرقيقة إن إدخال بروتين الصدمة الباردة B (cspB) إلى النبات يمكن أن يحسن مقاومة الجفاف ولكن لم يتم ترجمته إلى تطبيقات تجارية بعد.

تعزيز عزل الكربون

في نهاية المطاف، تُعدّ النباتات آلاتٍ تُحوّل الماء وثاني أكسيد الكربون وأشعة الشمس إلى مواد عضوية. لا يُحصد سوى 2% من الكتلة الحيوية للمحاصيل، ويُترك الباقي على شكل سيقان أو جذور.

إذا تمكنت هذه المادة العضوية من البقاء في التربة، بدلاً من التحلل في غضون بضع سنوات، فسوف يؤدي ذلك إلى زيادة صافي الكربون الأرضي بنسبة 50%.

قد يكون الجمع بين الجذور العميقة وطرق الزراعة بدون حرث هو الحل، مع تفعيل العديد من الآليات في وقت واحد عندما يتم هندسة أنظمة جذرية أقوى، إما من خلال التلاعب الجيني أو برامج التربية المخصصة:

• تحسين نوعية التربة وقدرتها على الاحتفاظ بالمياه.
• تحسين قدرة النبات على مقاومة الجفاف، والحفاظ على امتصاص الكربون أعلى في جميع الأوقات.

إن تغيير تركيبة جدار الخلية، بإضافة المزيد من الليجنين وجزيئات الكربون الطويلة، قد يجعل المادة العضوية الميتة الناتجة أكثر مقاومة للتحلل، مما يؤدي إلى حبس الكربون تحت الأرض لعقود من الزمن، أو حتى قرون أو أكثر.

أخيرًا، يمكن اتباع نهج أكثر استباقية، بهدف "زراعة" الكربون مباشرةً واحتجازه على نطاق صناعي. وقد حدد العلماء أعشابًا معمرة عالية الإنتاجية من الكربون الرباعي مثل ميسكانثوس × جيجانتيوس أو عشبة السويتش (Panicum virgatum) و عشب البراري (سبارتينا بكتيناتا)، والتي يمكنها احتجاز ما يصل إلى 130 طنًا من ثاني أكسيد الكربون لكل هكتار في عام واحد، أو ربما أكثر بالنسبة لبعض الأصناف.

وباستخدام تقنية BECCS (الطاقة الحيوية مع التقاط الكربون وتخزينه)، يمكن حرق هذه الكتلة الحيوية لتوليد الكهرباء، ثم التقاط ثاني أكسيد الكربون الناتج ونقله إلى تخزين عميق تحت الأرض.

المصدر جامعة ولاية بنسلفانيا

وضع اللوائح المناسبة

التنقل بين التناقضات

إن المشكلة التي تعترض نشر مثل هذه المحاصيل المعدلة وراثيا على نطاق واسع، والتي يمكنها إما زيادة الغلة في مواجهة تغير المناخ، أو حتى المساهمة في التخفيف من آثاره، هي أنها ستتطلب بالتأكيد استخدام المحاصيل المعدلة وراثيا.

وفي هذا السياق، قد يشكل إحجام المناطق الرئيسية عن استخدام مثل هذه المحاصيل عائقاً كبيراً أمام أي حلول تعتمد على التكنولوجيا الحيوية لمعالجة تغير المناخ وندرة الغذاء.

ينطبق هذا بشكل خاص على الاتحاد الأوروبي، الذي غالبًا ما يحظر المحاصيل المعدلة وراثيًا حظرًا قاطعًا. لكن مناطق أخرى تميل أيضًا إلى حظر الكائنات المعدلة وراثيًا بشكل كامل من ملصقات المنتجات العضوية، على الرغم من وضع أهداف صارمة لزيادة نسبة المنتجات الزراعية التي تندرج تحت ملصقات المنتجات العضوية.

وفي السياق التشريعي الحالي، فإن حماية البيئة من خلال زيادة الزراعة العضوية قد يعني الإضرار بالبيئة من خلال تفويت الحصول على محاصيل محسنة وزيادة احتجاز الكربون.

كان هذا موضوعًا لنشر مقال في المجلة العلمية المرموقة Cell² تحت عنوان "تقنيات جينومية جديدة في الإنتاج العضوي: اعتبارات للتنظيم العلمي والفعال والمقبول في الاتحاد الأوروبي".

كريسبر وتقنيات الجينوم الجديدة الأخرى

القضية الرئيسية هي التمييز تقنيات الجينوم الجديدة (NGTs) من الأساليب القديمة الأكثر بدائية التي كانت تستخدم في السابق لإنشاء الكائنات المعدلة وراثيا.

تتضمن هذه الطريقة الأكثر تحكمًا ودقة في الهندسة الوراثية تقنية CRISPR-Cas9، وتكنولوجيا النوكلياز الموجهة للموقع (SDN)، والطفرات الموجهة للأليغونوكليوتيدات (ODM)، وميثلة الحمض النووي المعتمدة على الحمض النووي الريبي (RdDm).

على عكس إدخال جين غريب في نبات، يمكن لتقنية NGT إما إنشاء طفرة مستهدفة يمكن أن تحدث بشكل طبيعي أو إدخال مادة من نبات يمكن أن تتقاطع بشكل طبيعي مع المحصول المستهدف.

"يمكن للزراعة العضوية أن تلعب دورًا مهمًا في الانتقال إلى أنظمة غذائية أكثر استدامة،

"ويمكن تحقيق التركيز الأكبر على الكفاءة والمرونة من خلال إدخال تنوع أكبر من المحاصيل، والتي يمكن تسهيل وتسريع تطويرها من خلال التكنولوجيا الحيوية الزراعية."

لذلك، على الرغم من أنها ليست "طبيعية" بالكامل، فإن الجينات الوراثية لا تخلق شيئًا جديدًا لم يكن من الممكن أن يحدث أبدًا بشكل عفوي، وبدلاً من ذلك "ترشد يد الطبيعة".

يرى أنصار هذا الموقف أنه من الضروري فهم طبيعة التكنولوجيات المعدلة وراثيا وإجراء تمييزات دقيقة بين التقنيات قيد النظر (الكائنات المعدلة وراثيا مقابل التكنولوجيات المعدلة وراثيا).

هل يمكن للملصقات العضوية أن تتكيف مع NGTs؟

إن السبب الرئيسي وراء تردد الجهات التنظيمية والجمهور في قبول حتى "الأحماض الأمينية غير المشبعة الطبيعية" في الملصق العضوي هو أن ذلك قد يضر في الغالب بتصور هذا الملصق.

وبدلاً من ذلك، يقترح مؤلفو الورقة إنشاء مخططات تحمل علامات "عضوية + NGT" والتي توضح أنها ليست مجرد مخطط الزراعة "العضوية الكلاسيكية"، ولكنها ليست أيضًا الكائنات المعدلة وراثيًا المعتادة.

إذا كانت الزراعة العضوية نوعًا من الإنتاج الزراعي المعزز في الاتحاد الأوروبي، فيتعين قبول جميع أشكال الإنتاج العضوي (بما في ذلك NGT+) عند تقييم مدى تحقيق الأهداف العضوية في الاتحاد الأوروبي.

قد يُمهد هذا الطريق لانتشار أوسع لأساليب الزراعة العضوية، دون المساس بالإنتاجية. لا سيما وأن ملصقات المنتجات العضوية لا تقتصر على صنف النبات فحسب، بل تشمل أيضًا أساليب الزراعة، مثل استخدام المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب، وطرق الحرث والزراعة، وغيرها.

الأفكار النهائية حول تحرير الجينات والمرونة الزراعية

إن الظروف المناخية المتغيرة وزيادة الطلب على الغذاء تشكل خطراً كبيراً وفرصة كبيرة في الوقت نفسه.

من جهة، قد يُسبب معاناة إنسانية هائلة وأضرارًا بيئية. ومن جهة أخرى، قد يكون حافزًا يدفعنا نحو ابتكار أشكال زراعية أفضل وأكثر استدامة.

ومن المرجح أن يتم ذلك من خلال إجراء بعض التعديلات على الجينات الخاصة بمحاصيلنا، كما كان الحال منذ بداية الزراعة.

تستطيع تقنيات الجينوم الجديدة الآن استخدام ثروة البيانات الجينومية المتراكمة في العقود الماضية لإنشاء نباتات أكثر مرونة وإنتاجية.

في الوقت نفسه، يجب أن تتطور أنظمتنا ونظرتنا للهندسة الوراثية. فالهدف النهائي المتمثل في حماية البيئة يتطلب تجاوز الأفكار المسبقة حول الكائنات المعدلة وراثيًا، والتي نشأت عندما كانت الهندسة الوراثية لا تزال بدائية نسبيًا.

ولكن هذا لا يعني أن التعديل غير المنضبط لمحيطنا الحيوي ينبغي أن ينتشر على نطاق واسع، ولكن النهج الأكثر انفتاحا وحذرا والذي يستفيد من كل الأدوات الجديدة المتاحة يمكن أن يوفر أفضل النتائج الممكنة مع التخفيف من معظم المخاطر.

مبتكر الهندسة الوراثية النباتية

Corteva

تعتبر شركة كورتيفا رائدة عالميًا في مجال تكنولوجيا الزراعة، وخاصة المواد الكيميائية والبذور. كما أنها نشطة للغاية في مجال تكنولوجيا الزراعة الجديدة مثل الروبوتات.

مع مبيعات صافية بقيمة 17.2 مليار دولار في عام 2023، وأكثر من 22,500 موظف، وأكثر من 10,000,000 عميل، تعد الشركة من بين أكبر الشركات في قطاعها، إلى جانب المنافسين الأمريكيين باير وسينجينتا.

وبشكل عام، وربما في إطار اتجاه أعمق نحو انخفاض الاستهلاك وزيادة المنافسة، انخفضت مبيعات المواد الكيميائية (المبيدات الحشرية، ومبيدات الأعشاب، وما إلى ذلك) في عام 2024، في حين نمت مبيعات البذور.

المصدر Corteva

عند النظر بشكل أعمق، نجد أن النشاط الأساسي لشركة كورتيفا في مجال البذور يتمثل في الذرة وفول الصويا، مما يشكل الجزء الأكبر من إيرادات الشركة في هذا القطاع. ومن الجدير بالذكر، فول الصويا "Enlist E3" من شركة Cortevaوقد نمت حصة الزعتر البري، المقاومة لثلاثة مبيدات أعشاب (3-D كولين، والجليفوسات، والغلوفوسينات)، من أقل من 2,4% في عام 5 لتشكل أكثر من 2019% من السوق الأمريكية.

وفي مجال وقاية المحاصيل/الكيميائية، كان أكثر من نصف المبيعات عبارة عن مبيدات الأعشاب، بينما يتكون الباقي في الغالب من المبيدات الحشرية ومبيدات الفطريات.

لقد بنت شركة كورتيفا أعمالها الحالية حول الزراعة الصناعية التقليدية، وهو نشاط لا يزال مربحًا للغاية ويدعم ميزانية البحث والتطوير الحالية.

ومع ذلك، كما ناقشنا هنا وفي مقال سابق "Fتطور الزراعة"في المقال، تفتح إمكانيات جديدة أبوابها، مع قيادة شركة كورتيفا لهذه المهمة:

• تحرير الجينات من المحاصيل الموجودة، بما في ذلك باستخدام تقنية كريسبر.
• مركز ابتكار للشركات الناشئة في مجال التكنولوجيا الزراعية، كورتيفا كاتاليست. "تساعد منصة التعلم الآلي في الجهود المبذولة لتهيئة القطاع وتحديد التقنيات ذات الصلة بأولويات البحث في كورتيفا".
• المحفزات الحيوية، والمكافحة الحيوية، وغيرها من المنتجات ذات الأصل الطبيعي مثل الفيرومونات الخاصة بالحشرات مع الأداء الموثوق والمتوقع.
• البكتيريا المثبتة للنيتروجين (BlueN™ أو Utrisha™ N) لإنتاج سماد إضافي خالٍ من المواد الكيميائية.
• حبوب مدعمة بيولوجيًا بفيتامين أ لتحسين التغذية في البلدان الفقيرة.
• روبوتات المشي للمحاصيل الصفراء.
• تجارب تطبيق الذكاء الاصطناعي في المزارعمن قطف الفاكهة إلى تحديد أفضل النباتات لاختيار السمات لإنتاج البذور.
• مجموعة كاملة من حلول البرامجمن بيانات تصوير الأراضي إلى برامج إدارة المزارع ومراقبة ائتمان الكربون وبيعه.

وتبحث شركة كورتيفا أيضًا بشكل نشط في الطلب المستقبلي المتزايد على الوقود الحيوي الأخضر والبروتينات المتخصصة، حيث يبلغ حجم السوق القابلة للمعالجة لكل منهما ما بين 10 مليارات دولار إلى 30 مليار دولار بحلول عام 2035.

المصدر Corteva

وبشكل عام، في حين تعد شركة كورتيفا عملاقًا في أساليب الزراعة الصناعية "القديمة"، فإنها تدرك أيضًا بشكل واضح التغييرات في القطاع وتعمل على وضع نفسها لتصبح شركة كبيرة وناجحة بنفس القدر وتتكيف مع الممارسات الزراعية المتغيرة بسرعة.

أحدث أخبار وتطورات سهم كورتيفا (CTVA)

الدراسات المرجعية

^{١. لونغ ستيفن ب. (٢٠٢٥) احتياجات وفرص المحاصيل المستقبلية واستخدام أنظمة المحاصيل للتخفيف من آثار التغير المناخي. مجلة الدراسات الفلسفية والترجمة، ٢٩ مايو ٢٠٢٥. http://doi.org/10.1098/rstb.2024.0229
٢. موليتوريسوفا، ألكسندرا، وآخرون (٢٠٢٥). تقنيات جينومية جديدة في الإنتاج العضوي: اعتبارات للوائح الاتحاد الأوروبي القائمة على العلم والفعالة والمقبولة. تقارير الخلايا للاستدامة، ٣٠ مايو ٢٠٢٥. https://www.cell.com/cell-reports-sustainability/fulltext/S2949-7906(25)00101-6}