هل يمكن لهذه الابتكارات الخمسة المستقبلية في مجال الزراعة إبطاء تغير المناخ؟

لا يبدو المستقبل الجماعي للجنس البشري واعدًا بالقدر الكافي. فبحلول عام 2050، سيصل عدد سكان العالم إلى نحو 9.7 مليار نسمة، مما يعني أنه سيكون هناك 1.5 مليار شخص إضافي يحتاجون إلى طعام. ومن المتوقع أن تتسارع الزيادة في الطلب على البروتين المشتق من الحيوانات، بكُلفته البيئية الباهظة...

من أجهزة رصد النحل المدعومة بالذكاء الاصطناعي إلى الخميرة المُعدلَّة وراثيًا لإنتاج البروتين، إليكم بعض الحلول التي من شأنها إحداث ثورة في مستقبل الغذاء. لا يبدو المستقبل الجماعي للجنس البشري واعدًا بالقدر الكافي. فبحلول عام 2050، سيصل عدد سكان العالم إلى نحو 9.7 مليار نسمة، مما يعني أنه سيكون هناك 1.5 مليار شخص إضافي يحتاجون إلى طعام. ومن المتوقع أن تتسارع الزيادة في الطلب على البروتين المشتق من الحيوانات، بكُلفته البيئية الباهظة. ولا تزال درجات الحرارة العالمية وتركيزات غازات الدفيئة في الغلاف الجوي في ازدياد، كما يتقلص الغطاء الشجري، وتزداد حموضة المحيطات، وتُفقد الأراضي الزراعية بسبب الملوحة، وتتصاعد وتيرة الظواهر الجوية المتطرفة.

ولكن حيثما يرى البعض تهديدات، يُبصر البعض الآخر فرصًا. ففي مايو، اجتمع باحثون وشركات صغيرة، ممن لديهم مجموعة من الأفكار لإنتاج الغذاء على نحوٍ أكثر استدامة، في مؤتمر «إف آند إيه نكست» F&A Next، وهو ملتقى حول مستقبل الغذاء والزراعة عُقد في جامعة فاغينينغين للأبحاث في هولندا. وشهد هذا المؤتمر كشفًا عن موجة من الابتكارات، بدءًا من الزراعة الذكية مناخيًا ووصولًا إلى بدائل البروتين المبتكرة.

على الصعيد العالمي، من المتوقع أن ينمو الطلب على البروتين بوتيرة أسرع من نمو السكان، نتيجة ارتفاع الدخل والتمدد العمراني وتغير التفضيلات الغذائية. تلعب تربية الحيوانات للحصول على الغذاء دورًا في إزالة الغابات وفقدان التنوع البيولوجي، وهي تُسهم عالميًا في نحو 57% من انبعاثات غازات الدفيئة المرتبطة بإنتاج الغذاء1. ونتيجة لذلك، يعتقد العديد من الباحثين أن السبيل الوحيد للمضي قدمًا هو التحول إلى مصادر بروتين بديلة.

تنطوي بعض البروتينات النباتية الشائعة على مشكلات بيئية. فمثلًا، ارتبط إنتاج فول الصويا، على وجه الخصوص، بإزالة الغابات وفقدان التنوع البيولوجي وزيادة انبعاثات غازات الدفيئة، مما دفع الباحثين ورواد الأعمال إلى البحث عن بدائل.

بروتين عشبي صديق للبيئة

تعمل شركة «جراسا» Grassa، وهي شركة ناشئة مقرها فاغينينغين، على تطوير مستخلصات بروتينية من العشب لاستخدامها في أغذية الحيوانات الأليفة، وأعلاف الماشية، وفي نهاية المطاف، في منتجات للاستهلاك البشري، مثل البرجر، وقوالب الوجبات الخفيفة، والحليب النباتي. وصرح ريكس سموك، الرئيس التنفيذي للشركة، خلال المؤتمر: "مقارنةً بفول الصويا، يتميز البروتين العشبي بمحتوى أفضل من الأحماض الأمينية، وسهولة هضم مماثلة، وبصمة كربونية أقل، ويمكن تسعيره بأسعار تنافسية بمجرد التوسع في إنتاجه”.

في «جراسا»، يُلقَّم جهاز بثق بعشبٍ مجزوز حديثًا، مما ينتج سائلًا يُسخَّن بعد ذلك ويُرشَّح لتعديل خصائص البروتينات. تتخثر هذه البروتينات لتتحول إلى معجون أخضر يحتوي على نصف البروتين العشبي. تُزيل المذيبات العضوية الدهون والكلوروفيل من هذا المعجون، فيما يُزيل الترشيح الغشائي السكريات والمعادن، لإنتاج مسحوق أبيض مائل للصفرة بمذاق محايد، يحتوي على نحو 70% من البروتين.

كما يتبقى العشب المطحون من عملية البثق. ووفقًا لشركة «جراسا»، فإن الأبقار التي تُعطى مزيجًا متساويًا من هذا المنتج الثانوي وعلفها المعتاد تُنتج حليبًا ذا قيمة غذائية مماثلة لذلك الذي تُنتجه الحيوانات التي تُربى على نظام غذائي عادي. ومع ذلك، يحتوي روثها على نسبة أقل من النيتروجين، مما يمكن أن يُقلل من تسرب العناصر الغذائية الملوِّثة إلى المجاري المائية.

يقول سموك إن بصمة ثاني أكسيد الكربون للبروتين العشبي أقل بكثير من بصمة ثاني أكسيد الكربون لفول الصويا المستورد، وفقًا لتقييم دورة حياة أجرته الشركة. وابتداءً من العام المقبل، تخطط شركة «جراسا» لمشروع تجريبي مدته عامين يضم 50 مزارعًا، كما تسعى إلى افتتاح مصنع إنتاج متكامل في عام 2028، لإنتاج البروتين اللازم لأغذية الحيوانات الأليفة في البداية. وترغب الشركة في إطلاق مستخلص بروتين عشبي للاستهلاك البشري بحلول عام 2029، لكنها ستحتاج إلى موافقة الهيئة الأوروبية لسلامة الأغذية من أجل تسويقه كمكون غذائي في دول الاتحاد الأوروبي.

عملية التخمر والمستقبل

لطالما استخدم البشر عملية التخمر في حفظ الأغذية ومعالجتها لآلاف السنين، لكن جيلًا جديدًا من الشركات الناشئة يستخدم الآن التخمير الدقيق لإنتاج بروتينات تمتاز بالخصائص الوظيفية والغذائية نفسها التي تمتاز بها البروتينات التي تنتجها حيوانات المزارع. فقد صرح ستيفان فان سينت فيت، الرئيس التنفيذي لشركة «فيفيتشي» Vivici، ومقرها لايدن، هولندا، خلال المؤتمر: "نرى أنفسنا مزارعين بدرجة ما. فنحن نستخدم محاصيل من الأرض، ثم نُنتج بروتينات الحليب؛ لكن حيواناتنا ]إن جاز التعبير[ أصغر حجمًا بقليل".

تستخدم شركة «فيفيتشي» خميرة مُعدّلة وراثيًا لإنتاج بيتا لاكتوجلوبولين (BLG)، وهو بروتين مصل اللبن الموجود في حليب البقر، والذي يتميز بخصائصه الوظيفية، بما في ذلك الهُلامية، والتماسك، والاستحلاب، والذوبانية، والقدرة على تكوين الرغوة. ويُعد بروتين بيتا لاكتوجلوبولين المصنوع من الخميرة أحد المكونات الداخلة في صناعة المشروبات البروتينية والوجبات الخفيفة، وتخطط شركة «فيفيتشي» لإطلاق منتج آخر يعتمد على اللاكتوفيرين، وهو بروتين موجود في حليب البشر والثدييات الأخرى ويدعم عمل الجهاز المناعي.

ولكن ثمة تساؤلات حول الجدوى التجارية لإنتاج بروتينات الألبان بواسطة التخمير الدقيق. فبعض التقديرات تشير إلى أن تكلفة التوسع في هذا الإنتاج للاستخدامات التجارية واسعة النطاق تبلغ 100 مليون دولار أمريكي على الأقل2، تبعًا للكميات المتضمَّنة. وتقول شركة «فيفيتشي» إنها تعمل على إيجاد سُبل لخفض التكاليف، وإنها واثقة من قدرتها على تحقيق تكافؤ الأسعار بين هذه البروتينات وتلك المعتمدة على منتجات الألبان الحيوانية.

إذا أمكن توسيع نطاق الإنتاج اقتصاديًا، فإن البروتين المشتق من التخمير من شأنه أن يحقق مكاسب بيئية. ووفقًا لتقديرات باحثين في معهد بوتسدام لأبحاث تأثير المناخ في ألمانيا، فإن الاستعاضة عن 20% من البروتين المستهلك على شكل لحوم من المجترات، مثل الأبقار والأغنام، ببروتين ميكروبي بحلول عام 2050 يمكن أن تقلل من إزالة الغابات وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون المرتبطة بها إلى النصف، مع خفض انبعاثات الميثان أيضًا3.

المعزِّزات الحيوية للنباتات

إلى جانب مصادر البروتين البديلة، هناك طريقة أخرى لإطعام سكان الأرض على نحوٍ مستدام مع تزايدهم المستمر، ألا وهي زيادة إنتاجية المحاصيل، مما يؤدي إلى خفض انبعاثات الكربون من خلال تقليل الحاجة إلى إزالة الغابات لأغراض الزراعة. ويُعد هذا النهج مفيدًا حتى في الزراعة بدون تربة أو الزراعة المائية.

قُدرت قيمة سوق "الزراعة في بيئة مُتحكَّم بها" - والتي تشمل إنتاج المحاصيل في أنظمة الصوبات المائية - بنحو 100 مليار دولار أمريكي في عام 2024. ولكن، كما أن الكائنات الدقيقة في أمعاء الإنسان تؤثر في صحته، تطورت النباتات لتعتمد على البكتيريا والفطريات الموجودة في التربة كي تزدهر، مستخدمةً هذه الميكروبات لزيادة امتصاص العناصر الغذائية واكتساب مقاومة للأمراض. هذا يعني أن المحاصيل في الأنظمة الخالية من التربة تنمو دون دعم شركائها الميكروبيين الطبيعيين. وفي معرض حديثه في مؤتمر «إف آند إيه نكست»، قال بول روتن، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة «كونسيرت بيو» Concert Bio الناشئة ومقرها لندن: "ثمة إمكانات هائلة غير مستغلة لتحسين نمو هذه المحاصيل ومذاقها ومقاومتها للأمراض من خلال استعادة هذه الميكروبات".

في عام 2022، بدأ روتن، الحاصل على درجة الدكتوراه في تفاعلات النبات والميكروبات من جامعة أكسفورد بالمملكة المتحدة، مشروعًا مدته ثلاث سنوات مع المزارعين لتحديد ميكروبيومات المحاصيل باستخدام تسلسل الحمض النووي، بالإضافة إلى تسجيل ظروف نموها وإنتاجيتها. وباستخدام نموذج لتعلّم الآلة، سلّط الضوء على الارتباطات بين وجود ميكروبات محددة وزيادة المحصول في ظروف متفاوتة من درجات حرارة وأشعة شمس ورطوبة، على سبيل المثال.

في نوفمبر الماضي، طرحت شركة «كونسيرت بيو» أوفرتيور إيه وبي Overture A and B - وهما منتجان بكتيريان "محفزان حيويًا" ومصنوعان بوساطة عملية التخمير - في السوق البريطانية لاستخدامهما في الزراعة بدون تربة. يقول روتن إنه من خلال 14 تجربة، حقق مزارعو الخس زيادات في المحصول بنسبة 9.9% في المتوسط. وتجري حاليًا تجارب على العديد من المعزِّزات الحيوية (البروبيوتيك) المرشحة للطماطم والخيار.

تكثيف أعداد النحل

هناك طريقة أخرى لتقليل البصمة الكربونية للزراعة وهي البحث عن حلول لمشكلة نقص التلقيح. تُعد الملقِّحات الحشرية ضرورية لنجاح إنتاج ثلاثة أرباع أنواع المحاصيل. ففي عام 2022، أشارت تقديرات فريق من الباحثين في جامعة هارفارد في كامبريدج، ماساتشوستس، إلى أن نقص الملقِّحات يُقلل الإنتاج العالمي من الفاكهة والخضراوات والمكسرات بنسبة تتراوح بين 3% و5%4.

ابتكرت شركة «أجري ساوند» AgriSound، وهي شركة ناشئة مقرها يورك، المملكة المتحدة، جهازًا بحجم الهاتف المحمول، يمكنه رصد انخفاض أعداد النحل في الحقول والصوبات البلاستيكية من خلال صوت خفقان أجنحته، مما يُمكّن المزارعين من جلب المزيد من النحل عند الحاجة. تستخدم هذه التقنية الذكاء الاصطناعي لرصد توليفات الترددات التي يُصدرها نحل العسل والنحل الطنَّان، ولعزل التشويش أيضًا (مع أن هذا لا يُجدي نفعًا في البيئات الصاخبة، مثل تلك القريبة من الطرق الرئيسة).

استلهم كيسي وودوارد، مؤسس شركة «أجري ساوند»، فكرته من الأنظمة الصوتية المستخدمة بالفعل لتحديد أمراض الجهاز التنفسي في مزارع الخنازير والنَّقر المؤذي في مزارع الدواجن. أخبر وودوارد الحضور في مؤتمر «إف آند إيه نكست» أنه في التجارب التي أُجريت في المواقع التي حدد فيها نظام «أجري ساوند» انخفاضًا في أعداد النحل، نجح مزارعو الفراولة في زيادة وزن الثمرة بنسبة 8.5%، وحلاوتها بنسبة 5%، وجودة المنتج بنسبة 10% من خلال إدخال المزيد من النحل، مقارنةً بموقع ضابطة مجاورة تُركت فيها أعداد النحل منخفضة.

وأضاف وودوارد: "لدينا أيضًا أدلة تُثبت أن التلقيح الدقيق يُمكن أن يُطيل مدة صلاحية الفراولة بنحو 12 ساعة، مما يُقلل من النفايات وانبعاثات الكربون". وتسعى الشركة إلى تكييف تقنيتها لتحديد الملقِّحات والآفات الأخرى.

تحسين عملية التكاثر

الجمع بين استخدام كل من علم الروبوتات والذكاء الاصطناعي والتعديل الوراثي والاستشعار الآلي المتقدم يسرع من وتيرة زراعة المحاصيل القادرة على الصمود أمام تغير المناخ على نحوٍ ملحوظ. يضم المركز الهولندي للتنميط الظاهري البيئي للنباتات، ومقره جامعة فاغينينغين للأبحاث، مجموعة من غرف النمو التي تتيح للباحثين مراقبة كيفية تفاعل الأنواع والأصناف النباتية المختلفة مع التغيرات التي تحدث في درجة الحرارة والضوء والرطوبة بمرور الوقت.

التصوير متعدد الأطياف، الذي يلتقط أجزاءً من الطيف الكهرومغناطيسي غير المرئي للعين البشرية، يجعل بالإمكان تحديد العلامات المبكرة لإجهاد النبات. كما يمكن استخدامه لإنشاء "توائم رقمية" للنباتات تجعل نماذج الذكاء الاصطناعي قادرة على وضع تنبؤات حول الكتلة الحيوية والارتفاع ومساحة ورقة النبات، وبالتالي تسريع برامج التكاثر.

تحتوي إحدى حجرات النمو، المسماة «الريزوترون» rhizotron، على جذور النباتات في التربة بين شريحتين زجاجيتين كبيرتين يُمكن تصويرهما تلقائيًا، مما يُمكّن الباحثين من تقييم تأثير الملوحة أو البرودة في نمو الجذور أو إنبات البذور.

تُتيح مرافق الفحص عالية الإنتاجية هذه دراسة تأثير الظروف البيئية في مئات الأصناف النباتية في وقت واحد، دون الحاجة إلى حصادها وإجراء قياسات يدوية. هذا من شأنه أن يؤدي إلى تسريع الجهود المبذولة لتحديد الأصناف البرية أو المُعدَّلة وراثيًا التي يمكنها النمو في تربة أكثر ملوحة، أو مقاومة الإجهاد الحراري، أو تحقيق إنتاجية أكبر في حال وجود بعض ميكروبات التربة.

واستخدم باحثون في شركة تُدعى «راديكال كروبس» Radical Crops، ومقرها فاغينينغين، هذه المنشأة لدراسة كيفية استجابة أنواع نبات الكينوا للظروف البيئية المختلفة، بما في ذلك الملوحة. تجمع الشركة بين قدرة "التنميط الظاهري البيئي" هذه والاستشعار عن بُعد وتحديد تسلسل الجيل التالي، لبناء مجموعات بيانات ضخمة ونماذج تنبؤية يمكنها تحديد أكثر أنواع الكينوا مرونةً في مواقع مختلفة.

دور الابتكار

ولكن لا يمكن القول إن هناك اقتناعًا عامًا بأن الشركات الناشئة هي مفتاح نظام غذائي أكثر استدامة. يقول ماركو سبرينجمان، باحث في أنظمة الغذاء بجامعة أكسفورد: "أظهرت تقييمات دورة الحياة المنشورة بشكل مستقل أن العديد من التقنيات الجديدة تُنتج انبعاثات كربونية أعلى من بعض الانبعاثات التي تُنتجها بعض الأطعمة ذات المصدر الحيواني والتي نحتاج إلى الحد من تأثيرها". نحن بحاجة إلى تغييرات واسعة النطاق في النظام الغذائي للدفع باتجاه الأنظمة الغذائية النباتية، كما يتطلب الأمر تقديم حوافز على صعيد السياسات العامة تُظهر أن الغذاء المُستمد من الحيوانات له كُلفة صحية وبيئية باهظة.

في واقع الأمر لا يزال العديد من الابتكارات التي نُوقشت في مؤتمر «إف آند إيه نكست» في مراحلها الأولى من التطوير ولم تخضع بعد لتدقيق مستقل؛ وربما تفشل لأسباب متعددة. لنتأمل مثلًا مدى تقبُّل المستهلك: خلُصت مراجعة نُشرت في يونيو إلى أن معظم المستهلكين غير راغبين في تجربة المنتجات الغذائية التي تحتوي على الحشرات كمصدر للبروتين5. ومن المرجح أن تواجه الشركات التي تروج للبرجر العشبي مقاومة مماثلة. تشمل العوائق الشائعة الأخرى التي تواجهها الشركات جذب استثمارات كافية، وتكاليف التوسع، وتغير ظروف السوق، وتكاليف الإنتاج غير التنافسية، فضلًا عن العقبات التنظيمية والرقابية.

وسواء نجحت الأغذية المبتكرة أم لا، يمكن للأفراد اختيار تناول غذاء أكثر استدامة، ويمكن للحكومات بذل المزيد من الجهود للتشجيع على ذلك. وفي حين أن المشككين ربما يكونون على حق في أن بعض الأفكار التي نُوقشت في مؤتمر «إف آند نكست» ستخفق في تغيير نمط الغذاء الذي يتناوله الناس، يظل من المرجح أيضًا أن يلعب المبتكرون في مجال الأغذية والزراعة دورًا جوهريًا يُسهم في إبطاء الآثار المترتبة على تغير المناخ.