الزراعة
تحضير المحاصيل للمستقبل: هل يمكن لتعديل الجينات معالجة الأمن الغذائي؟
الحاجة إلى زراعة أفضل
مع مواجهة حضارتنا لتقاطع الزيادة السكانية وعدم استقرار المناخ، تعود مسألة الأمن الغذائي إلى صدارة القضايا المهمة التي يجب معالجتها. وتضاف إلى هذا الخطر عوامل أخرى تجعل المسألة أكثر حساسية، مثل الضرر المستمر للتنوع البيولوجي وانقراض الأنواع، والتلوث، وتآكل التربة الخصبة، وتحويل الأراضي الصالحة للزراعة إلى مناطق حضرية، وغيرها.
نتيجة لذلك، يتصاعد الضغط بشكل هائل على خبراء الزراعة وعلماء النبات لتقديم حلول يمكنها في الوقت نفسه تحقيق احتجاز الكربون، وزيادة إنتاج الغذاء، وتقليل الأثر على الأراضي الصالحة للزراعة.
“إذا لم ننجح في ذلك، فأنا في الواقع لا أعتقد أن أي شيء آخر مهم حقًا”
أنطوني بلينكن، وزير الخارجية الأمريكي، في فعالية الحلول العالمية للأمن الغذائي في نيويورك، سبتمبر 2023
إحدى الأدوات الأكثر وعدًا هي الهندسة الوراثية، لكنها تركز على شيء مختلف عن تعديل جينات المحاصيل السابق. بينما كان التركيز السابق على تحقيق إنتاجية أعلى بأي ثمن ومع الاعتماد المكثف على المدخلات الكيميائية، يمكن للطرق المتقدمة الجمع بين زيادة الإنتاج ونتائج أكثر استدامة.
هذا هو الجدل الذي طرحه ستيفن لونغ، أستاذ علوم المحاصيل وعلم النبات في جامعة إلينوي أوربانا-شامبين، في منشور1 بعنوان “الاحتياجات والفرص لتأمين مستقبل المحاصيل واستخدام أنظمة المحاصيل لتخفيف التغير الجوي”.
كوكب متغير
صورة قاتمة؟
قبل مناقشة كيفية التكيف، نحتاج إلى فهم ما يتغير، والصورة معقدة للغاية. من المتوقع أن لا يقتصر الاحترار العالمي على تغيير الظروف المتوسطة، مما يجعل بعض المناطق أكثر خصوبة وأخرى أقل، بل سيزيد أيضًا من تواتر وشدة الأحداث المتطرفة.
يشمل ذلك درجات حرارة قصوى، جفاف، فيضانات، ومستويات الأوزون السطحي، جميعها يمكن أن تؤثر بشكل كبير على محصول المحاصيل، أكثر من مجرد تغير متوسط الظروف، حيث قد تكون تعديل طرق الزراعة كافية.
وصل تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى 427 جزءًا في المليون في عام 2024 ومن المتوقع أن يصل إلى حوالي 600 جزءًا في المليون بحلول 2050−2060. في مثل هذا السيناريو، قد يرتفع متوسط درجة الحرارة العالمية بمقدار 1.2°C إضافية بحلول 2050−2060، ليصل إلى 2.7°C فوق مستويات ما قبل الصناعة.
فيما يتعلق بالغذاء، سيحتاج العالم إلى زيادة تتراوح بين 35% و56% بحلول 2050، نتيجة الزيادة في الاستهلاك الفردي، والنمو السكاني، وزيادة هدر الإنتاج الغذائي مع انتقال المزيد من الناس إلى المدن.
عند دمج ذلك مع الخسائر المتوقعة للمحاصيل نتيجة الأحداث المتطرفة وتغير المناخ، يترجم ذلك تقريبًا إلى الحاجة إلى تقريبًا مضاعفة الإنتاج الغذائي العالمي بحلول 2050.
ليس كل الخبر سيئًا
مع ذلك، للارتفاع في تركيز ثاني أكسيد الكربون خلف تغير المناخ تأثير إيجابي: فهو يحفز نمو النباتات. في الواقع، تُستخدم تركيزات CO2 المرتفعة بشكل روتيني في الصوبات الزراعية لزيادة الغلات.
“الأصناف الحديثة النخبة من الأرز وفول الصويا تُظهر زيادة في الغلة بنحو 30% مع رفع مستوى CO2 إلى مستويات متوقعة لعام 2050−2060.
المحاصيل من فئة C4 — الذرة والسرغوم — لا تُظهر زيادة في الغلة، لأنها مشبعة بالفعل بـCO2 بالمستويات المرتفعة الحالية.”
هذا صحيح بشكل خاص للنباتات ذات الأيض C3، والتي تشمل معظم المحاصيل غير الاستوائية، وتشكل جزءًا كبيرًا من محاصيل الغذاء الأساسية في العالم (النباتات من فئة C4 لديها أيض مختلف يركز CO2 في الورقة قبل عملية التمثيل الضوئي، لذا فإن مستويات CO2 المحيطة أقل صلة بها).
المصدر: GforG
خبر جيد آخر هو أن مضاعفة غلات المحاصيل ليست مجرد فكرة، بل تم تحقيقها بالفعل، على الأقل لبعض المحاصيل المحددة.
على سبيل المثال، استثمارات البحث والتطوير الضخمة من قبل الشركات الزراعية قد ضاعفت بالفعل غلة الذرة، بينما تأخرت محاصيل أساسية أخرى مثل الأرز والقمح والبطاطا والسرغوم (المهمة في أفريقيا والمناطق الاستوائية).
المصدر: Royal Society Publishing
التعامل مع المشكلات الزراعية
الأوزون منخفض الارتفاع
الأوزون في طبقة التروبوسفير (O3) هو ملوث ثانوي يتشكل نتيجة تفاعل ضوء الشمس مع المركبات العضوية المتطايرة وأكاسيد النيتروجين في كتل الهواء الملوثة.
اليوم، يمكن العثور على مستويات تتجاوز 100 جزء بالمليار بشكل متكرر في المناطق الريفية بحزام الذرة في الولايات المتحدة، مع مستويات أعلى بكثير في مناطق الإنتاج الزراعي الكبرى في الصين والهند.
“الأوزون يسبب بالفعل خسائر بنسبة 5% لفول الصويا وحوالي 10% للذرة في الولايات المتحدة، مما يكلف نحو 9 مليارات دولار سنويًا. إجمالًا، قد ينتج عن ذلك خسارة تصل إلى 10% من المحاصيل العالمية.”
يمكن أن يقلل التعديل الجيني لتشريح النبات، خاصةً الفتحات (المسامات) التي تسمح بدخول الهواء إلى الأوراق، من اختراق الأوزون والضرر. مع ارتفاع تركيز CO2، لا ينبغي أن تؤثر الفتحات المفتوحة بشكل كبير على كفاءة التمثيل الضوئي.
المصدر: ScienceFacts
زيادة إنتاج مضادات الأكسدة في النبات قد تساعد أيضًا في تقليل الأكسدة التي يسببها جزيئات الأوزون، وتحسين مقاومة النبات العامة للضغط.
الجفاف واستخدام المياه
من المتوقع أن يرتبط ارتفاع درجات الحرارة والطقس المتطرف بزيادة نقص المياه.
بحلول 2050، من المتوقع أن ترتفع خسائر الغلة العالمية بسبب الجفاف في الذرة إلى 21.3% مقارنة بمتوسط 12.0% للفترة 1961–2006، وفي القمح من 9.6% إلى 15.5%.
نسبة المناطق المتأثرة بالجفاف ستزداد بشكل أكبر في أفريقيا وأوقيانوسيا، من 22% و15% حاليًا إلى 59% و58% بحلول نهاية القرن.
هنا أيضًا، قد يساعد تقليل فتح الفتحات على تقليل احتياجات النبات للمياه وتقليل الضغط أثناء فترات الجفاف.
“النتيجة كانت تحسينًا بنسبة 15% في كفاءة استخدام الماء على مستوى الورقة في نبات التبغ المزروع في الحقل، وانخفاضًا بنسبة 30% في استهلاك الماء للنبات بأكمله. بسبب السرعة العالية التي يمكن من خلالها تعديل التبغ جينيًا، يُستخدم غالبًا كمنصة اختبار لدراسة التعديلات التي يمكن تطبيقها على مجموعة متنوعة من النباتات الأخرى.”
يمكن للهندسة الوراثية مثل إدخال بروتين الصدمة الباردة B (cspB) من بكتيريا Bacillus subtilis إلى النبات تحسين مقاومته للجفاف، إلا أن ذلك لم يُترجم بعد إلى تطبيقات تجارية.
تعزيز احتجاز الكربون
في النهاية، تُعد النباتات آلات تحول الماء وCO2 وأشعة الشمس إلى مادة عضوية. يتم حصاد 50% فقط من كتلة المحاصيل، بينما يبقى النصف الآخر على شكل سيقان أو جذور.
إذا بقى هذه المادة العضوية في التربة بدلاً من تحللها خلال بضع سنوات، فإن ذلك سيزيد من صافي مخزن الكربون الأرضي بنسبة 50%.
قد تكون الجذور العميقة مع أساليب الزراعة بدون حرث هي الجواب، مع تفعيل عدة آليات في آن واحد عندما يتم هندسة أنظمة جذور أقوى، إما عبر التلاعب الجيني أو برامج التهجين المخصصة:
- تحسين جودة التربة وقدرتها على احتفاظ بالماء.
- تحسين مقاومة النبات للجفاف، مما يحافظ على امتصاص الكربون أعلى في جميع الأوقات.
تغيير تركيبة جدار الخلية، بزيادة الليغنين والجزيئات الكربونية الطويلة، قد يجعل المادة العضوية الميتة الناتجة أكثر مقاومة للتحلل، مما يحجز الكربون تحت الأرض لعقود، أو حتى قرون وأطول.
أخيرًا، يمكن اتخاذ نهج أكثر استباقية بهدف “زراعة” وحجز الكربون على نطاق صناعي. حدد العلماء أعشابًا دائمة عالية الإنتاجية من فئة C4 مثل Miscanthus × giganteus أو السويتشغراس (Panicum virgatum) و prairie cordgrass (Spartina pectinata)، والتي يمكنها حجز ما يصل إلى 130 طنًا من CO2 لكل هكتار في سنة واحدة، وربما أكثر لبعض الأنواع.
باستخدام BECCS (الطاقة الحيوية مع التقاط وتخزين الكربون)، يمكن حرق هذه الكتلة الحيوية لتوليد الكهرباء، ويتم التقاط CO2 الناتج ونقله إلى مخازن تحت الأرض عميقة.
المصدر: Penn State University
وضع تنظيمات مناسبة
التنقل بين التناقضات
إحدى المشكلات المتعلقة بنشر هذه المحاصيل المعدلة على نطاق واسع، القادرة إما على زيادة الغلة في مواجهة تغير المناخ أو حتى المساهمة في التخفيف منه، هي أنها ستتطلب بالتأكيد استخدام محاصيل الكائنات المعدلة وراثيًا (GMO).
في هذا السياق، يمكن أن يكون تردد المناطق الكبرى في استخدام مثل هذه المحاصيل عائقًا كبيرًا أمام أي حلول بيولوجية لتغير المناخ ونقص الغذاء.
هذا صحيح بشكل خاص للاتحاد الأوروبي، الذي غالبًا ما يحظر محاصيل الكائنات المعدلة وراثيًا بشكل صريح. لكن مناطق أخرى تميل أيضًا إلى حظر الكائنات المعدلة وراثيًا تمامًا من الملصقات العضوية، على الرغم من وجود أهداف صارمة لزيادة نسبة الزراعة التي تحمل علامة العضوية.
لذلك، في السياق التشريعي الحالي، قد يعني حماية البيئة من خلال الزراعة العضوية المزيد من الضرر للبيئة عبر فقدان الغلات المحسنة وزيادة احتجاز الكربون.
هذا كان موضوعًا في منشور بالمجلة العلمية المرموقة Cell2 بعنوان “تقنيات جينية جديدة في الإنتاج العضوي: اعتبارات للتنظيم الأوروبي القائم على العلم، الفعّال، والمقبول”.
CRISPR وتقنيات جينية جديدة أخرى (NGTs)
قضية رئيسية هي التمييز بين التقنيات الجينية الجديدة (NGTs) والطرق القديمة الأكثر خشونة التي استُخدمت سابقًا لإنشاء الكائنات المعدلة وراثيًا.
هذه الطريقة الأكثر تحكمًا ودقة في الهندسة الوراثية تشمل CRISPR-Cas9، وتكنولوجيا النوكلياز الموجهة للموقع (SDN)، والتحول الجيني الموجه بالأوليغونوكليوتيد (ODM)، وتعديل الميثيل DNA المعتمد على RNA (RdDm).
على عكس إدخال جين أجنبي في النبات، يمكن لتقنية NGT إما إنشاء طفرة مستهدفة قد حدثت طبيعيًا أو إدخال مادة من نبات قد تلاقى طبيعيًا مع المحصول المستهدف.
“يمكن للزراعة العضوية أن تلعب دورًا مهمًا في الانتقال إلى أنظمة غذائية أكثر استدامة،
يمكن تحقيق تركيز أكبر على الكفاءة والمرونة من خلال إدخال تنوع أكبر من المحاصيل، يمكن تسهيل وتسرع تطويرها باستخدام تقنيات NGTs.”
لذا، رغم أنها ليست “طبيعية” بالكامل، فإن تقنيات NGTs لا تخلق شيئًا جديدًا لا يمكن أن يحدث تلقائيًا، بل فقط “توجه يد الطبيعة”.
يؤكد مؤيدو هذا الموقف أنه من الضروري فهم طبيعة تقنيات NGTs وإجراء تمييز دقيق بين التقنيات قيد النظر (الكائنات المعدلة وراثيًا مقابل تقنيات NGTs).
هل يمكن للملصقات العضوية التكيف مع تقنيات NGTs؟
أحد الأسباب الكبيرة التي تجعل المنظمين والجمهور مترددين في قبول حتى تقنيات NGT “الطبيعية” ضمن الملصق العضوي هو أنها قد تضر بصورة هذا الملصق.
بدلاً من ذلك، يقترح مؤلفو الورقة إنشاء أنظمة تصنيف “عضوي + NGT” توضح أنها ليست مجرد نظام الزراعة “العضوية التقليدية”، ولا هي الكائنات المعدلة وراثيًا المعتادة أيضًا.
“إذا كانت الزراعة العضوية نوعًا مُروجًا من الإنتاج الزراعي في الاتحاد الأوروبي، فستحتاج جميع أشكال الإنتاج العضوي (بما في ذلك NGT+) إلى القبول عند تقييم تحقيق أهداف العضوية في الاتحاد الأوروبي.”
يمكن أن يفتح هذا الطريق أمام انتشار أوسع لطرق الزراعة العضوية، دون التضحية بالغلات. خاصةً أن الملصقات العضوية تتجاوز مجرد نوع النبات، بل تشمل أيضًا طرق الزراعة مثل استخدام المبيدات الحشرية ومبيدات الأعشاب، وأساليب الحرث والزراعة، وغيرها.
أفكار نهائية حول تعديل الجينات ومرونة الزراعة
تُعد الظروف المناخية المتغيرة والطلب المتزايد على الغذاء كل منهما خطرًا كبيرًا وفرصةً هائلة.
من جهة، قد يتسبب ذلك في معاناة بشرية هائلة وأضرار بيئية. ومن جهة أخرى، قد يكون الدافع الذي يشجعنا على إنشاء أشكال زراعة أفضل وأكثر استدامة.
من المرجح أن يتم ذلك عبر تعديل جينات محاصيلنا، كما كان الحال منذ بداية الزراعة.
يمكن لتقنيات الجينوم الحديثة الآن الاستفادة من ثروة البيانات الجينومية المتراكمة على مدى عقود لإنشاء نباتات أكثر مرونة وإنتاجية.
في الوقت نفسه، تحتاج تنظيماتنا وتصورنا للهندسة الوراثية إلى التطور أيضًا. الهدف النهائي لحماية البيئة سيتطلب تجاوز المفاهيم المسبقة حول الكائنات المعدلة وراثيًا التي نشأت عندما كانت الهندسة الوراثية لا تزال بدائية نسبيًا.
هذا لا يعني أن التعديل غير المنضبط لبيوسفيرنا يجب أن ينتشر بلا ضوابط، بل إن نهجًا أكثر انفتاحًا وحذرًا يستفيد من جميع الأدوات الجديدة المتاحة قد يوفر أفضل النتائج الممكنة مع تقليل معظم المخاطر.
مبتكر الهندسة الوراثية للنباتات
كورتيفا
CTVA مخطط السعر
كورتيفا هي رائدة عالمية في تكنولوجيا الزراعة، خاصةً في مجال المواد الكيميائية والبذور. كما أنها نشطة جدًا في تقنيات الزراعة الجديدة مثل الروبوتات.
مع صافي مبيعات قدره 17.2 مليار دولار في 2023، وأكثر من 22,500 موظف، وأكثر من 10,000,000 عميل، تُعد الشركة من بين الأكبر في قطاعها، إلى جانب المنافسين الأمريكيين باير وسينجنتا.
بشكل عام، وربما انعكاسًا لاتجاه أعمق من انخفاض الاستهلاك وزيادة المنافسة، انخفضت مبيعات المواد الكيميائية (المبيدات، مبيدات الأعشاب، إلخ) في 2024، بينما ارتفعت مبيعات البذور.
المصدر: Corteva
في نظرة أعمق، يتركز عمل كورتيفا الأساسي في مجال البذور على الذرة وفول الصويا، مما يشكل الجزء الأكبر من إيرادات الشركة في هذا القسم. والأبرز هو صويا “Enlist E3” من كورتيفا، التي تمتلك مقاومة لثلاث مبيدات أعشاب (2,4-D كولين، الجليفوسات، والغلوفوسينات)، وقد ارتفعت حصتها من السوق الأمريكية من أقل من 5% في 2019 إلى أكثر من 65%.
في مجال حماية المحاصيل/المواد الكيميائية، كان أكثر من نصف المبيعات مخصصة للمبيدات الأعشاب، بينما تشكل باقي المبيعات معظمها مبيدات الحشرات ومبيدات الفطريات.
بنت كورتيفا أعمالها الحالية حول الزراعة الصناعية التقليدية، والتي لا تزال نشاطًا مربحًا للغاية يدعم ميزانية البحث والتطوير الحالية.
ومع ذلك، كما ناقشنا هنا وفي مقالة “Future of farming” السابقة، تفتح إمكانيات جديدة، وتقود كورتيفا هذه المبادرة:
- تحرير الجينات للمحاصيل القائمة، بما في ذلك باستخدام تقنية CRISPR.
- مركز ابتكار لشركات التكنولوجيا الزراعية الناشئة، Corteva Catalyst. “منصة تعلم آلي تساعد في جهود رسم خريطة القطاع وتحديد التقنيات ذات الصلة بأولويات أبحاث كورتيفا.”
- محفزات حيوية، ومكافحة حيوية، ومنتجات أخرى ذات أصل طبيعي مثل فيرومونات الحشرات مع أداء مثبت ومتوقع.
- بكتيريا ثابتة للنيتروجين (BlueN™ أو Utrisha™ N) لإنشاء أسمدة خالية من المواد الكيميائية.
- حبوب مدعمة بيولوجيًا بفيتامين A لتحسين التغذية في الدول الفقيرة.
- روبوتات مشي للمحاصيل الصفية.
- تجارب على تطبيق الذكاء الاصطناعي في المزارع, من جمع الفواكه إلى تحديد أفضل النباتات لاختيار الصفات لإنتاج البذور.
- مجموعة كاملة من حلول البرمجيات, من بيانات صور الأراضي إلى برنامج إدارة المزارع ومراقبة وبيع ائتمانات الكربون.
كما تنظر كورتيفا بنشاط إلى الطلب المتزايد المستقبلي على الوقود الحيوي الأخضر والبروتينات المتخصصة، كل منهما يمتلك سوقًا يمكن استهدافه بقيمة تتراوح بين 10 إلى 30 مليار دولار بحلول 2035.
المصدر: Corteva
بشكل عام، بينما تُعد كورتيفا عملاقًا في أساليب الزراعة الصناعية “القديمة”، فإنها تدرك بوضوح التغييرات في القطاع وتضع نفسها لتصبح شركة كبيرة وناجحة بنفس القدر، متكيفة مع الممارسات الزراعية المتغيرة بسرعة.
أحدث أخبار وتطورات سهم كورتيفا (CTVA)
الدراسات المشار إليها
1. Long Stephen P. (2025) الاحتياجات والفرص لتأمين مستقبل المحاصيل واستخدام أنظمة المحاصيل لتخفيف التغير الجوي. Phil. Trans. R. Soc. 29 مايو 2025. https://doi.org/10.1098/rstb.2024.0229
2. Molitorisová, Alexandra, et al. (2025) تقنيات جينية جديدة في الإنتاج العضوي: اعتبارات للتنظيم الأوروبي القائم على العلم، الفعّال، والمقبول. Cell Reports Sustainability, 30 مايو 2025. https://www.cell.com/cell-reports-sustainability/fulltext/S2949-7906(25)00101-6
