هل توفر الهندسة الحيوية للمحاصيل المقاومة للمناخ حماية الأمن الغذائي العالمي؟

يهدد ارتفاع درجات الحرارة والظواهر الجوية المتطرفة، وكذلك الآفات والأمراض أنظمتنا الغذائية، مما يجعل إيجاد طرق لحماية الأمن الغذائي العالمي أكثر إلحاحًا من أي وقت مضى.

باستخدام أجسام pikobodies والدوائر الوراثية الاصطناعية، يمكن للمهندسين الحيويين والباحثين تعزيز مرونة المحاصيل من خلال أنظمة المناعة التكيفية وكفاءة نمط النمو المعدل.

فبناء قدرة المحاصيل على الصمود من خلال الهندسة الحيوية سيكون جانباً حاسماً في أنظمتنا الغذائية مع تغير المناخ .

واستناداً إلى التقرير الخاص بالأمن الغذائي الصادر عن الهيئة الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) ، فإن تغير المناخ يهدد الأمن الغذائي، فهو يهدد النظم الغذائية (أي المحاصيل) من خلال درجات الحرارة المرتفعة والظواهر الجوية المتطرفة.

وقد أدى ارتفاع درجات الحرارة إلى زيادة انتشار الآفات والأمراض، مما أثر سلبا على إنتاج المحاصيل.

الأمن الغذائي وضغوط المحاصيل

وفي ظل انبعاثات الغازات الدفيئة الحالية، تشير التقديرات إلى أن نصف الحشرات سوف يزيد نطاق توزيعها بنسبة 50٪ بحلول عام 2100، وتصنف الحشرات عادة على أنها آفات يمكن أن تحمل الأمراض وتصيب المحاصيل، وهذا يعني أن التوزيع الأكبر للحشرات من شأنه أن يهدد مساحة اليابسة بنسبة 50٪ أكثر مما تشغله حاليًا.

تجعل درجات الحرارة الأكثر دفئًا البيئات أكثر ملاءمة لنمو مسببات الأمراض مثل الفطريات.

كشف مقال نشرته مجلة Nature في عام 2023، أن الأمراض الفطرية أدت إلى خسارة عالمية تتراوح بين 10% إلى 23% من المحاصيل سنويا، ونظرا لأزمة المناخ المتفاقمة بسرعة، من المتوقع أن ينتشر المرض بشكل أكبر في السنوات المقبلة.

والحقيقة أن ارتفاع درجات الحرارة من شأنه أن يسهل انتشار الأمراض الفطرية باتجاه القطب، الأمر الذي يؤدي إلى انخفاض إنتاجية المحاصيل. وتؤدي التهديدات التي يتعرض لها إنتاج المحاصيل العالمية إلى ارتفاع أسعار المواد الغذائية وزيادة معدلات الجوع.

ثلاثة محاصيل أساسية

على الصعيد العالمي، يأتي أكثر من 40% من السعرات الحرارية التي يتناولها سكان العالم من ثلاثة محاصيل أساسية:

القمح، والأرز، والذرة، مع ارتفاع درجات الحرارة العالمية، تزداد أيضًا فرصة فشل المحاصيل، يحدث فشل المحصول عندما تكون درجات الحرارة مرتفعة جدًا بحيث لا يتمكن النبات من التلقيح، مما يؤدي إلى الموت.

على سبيل المثال، درجات حرارة الفشل التالية للمحاصيل الغذائية للمحاصيل الأساسية الثلاثة هي:

• القمح 34 درجة مئوية/93 درجة فهرنهايت
• أرز 35 درجة مئوية/95 درجة فهرنهايت
• الذرة 35C/95F

إذا تعرضت محاصيل القمح لدرجات حرارة تصل إلى 34 درجة مئوية أو أكثر، فسوف تموت، إذا تعرضت محاصيل الأرز أو الذرة لدرجات حرارة تصل إلى 35 درجة مئوية أو أكثر، فسوف تموت.

يهدد ارتفاع درجات الحرارة نسبة كبيرة من السعرات الحرارية التي يتناولها سكان العالم. بالإضافة إلى ذلك، عندما يؤدي التأثير البشري المنشأ إلى زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون، فإنه يغير نمو المحاصيل والمحتوى الغذائي.

على وجه التحديد، تحتوي المحاصيل مثل الحبوب والبقوليات على كمية أقل من الزنك والحديد عند تعرضها لتركيزات أعلى من ثاني أكسيد الكربون في الهواء.

على الرغم من أن النظام الغذائي العالمي معرض للخطر، إلا أنه حفز الباحثين على الابتكار في مجال الهندسة الحيوية للمحاصيل المقاومة للمناخ.

بناء القدرة على الصمود من خلال الهندسة الحيوية

يجد الباحثون طرقًا لزراعة المحاصيل المقاومة للمناخ بالهندسة الحيوية، هناك طريقتن لإجراء المرونة من خلال أجسام pikobodies والدوائر الجينية الاصطناعية.

تم تلخيص أحد الأمثلة على مرونة المحاصيل المهندسة بيولوجيًا في مقالة Nature ، وجد الباحثون طريقة لتطوير مستقبلات مناعية اصطناعية في النباتات المعروفة باسم أجسام pikobodies، يتم تعريف أجسام Pikobodies بأنها ” تمنح النبات مقاومة للأمراض”.

لإنتاج هذه الاستجابة المناعية الاصطناعية، يتم دمج أجسام البيكوبود مع النباتات لتوفير نظام مناعة تكيفي ليكون مقاومًا للأمراض (مثل الصدأ أو الآفات) ومسببات الأمراض (مثل البكتيريا والفيروسات والفطريات).

يمكن أن تساعد أجسام Pikobodies في تقوية المحاصيل الأساسية لمكافحة العدوى وبناء القدرة على الصمود.

أما المثال الثاني لمرونة المحاصيل باستخدام الهندسة الحيوية فقد تم تطويره في جامعة ستانفورد، يستخدم الباحثون جينات اصطناعية تسمى “الدوائر الوراثية الاصطناعية” لتعديل أنماط نمو النباتات للتكيف مع تغير المناخ.

تساعد هذه الدوائر الوراثية النباتات على تنمية أنظمة جذرية وهياكل أوراق محددة للتكيف مع الضغوط التي يجلبها تغير المناخ.

بالإضافة إلى ذلك، تساعد البنية المحددة للجذور والأوراق النبات على النمو بكفاءة عن طريق امتصاص العناصر الغذائية والماء من التربة، بشكل عام، الهدف من البحث هو “جعل هندسة النباتات أكثر دقة”، وتوفير الأمن للمحاصيل في مناخ متغير.

تابعنا على تطبيق نبض