021-22889554
021-26703715
مشاوره آموزشی رایگان

021-22889554  |  021-26703715 مشاوره آموزشی رایگان

فناوری فراموش شده‌ی عصر فضا می‌تواند روش تولید مواد غذایی‌مان را دگرگون کند

Lisa Dyson

A forgotten Space Age technology could change how we grow food

We're heading for a world population of 10 billion people -- but what will we all eat? Lisa Dyson rediscovered an idea developed by NASA in the 1960s for deep-space travel, and it could be a key to reinventing how we grow food.


تگ های مرتبط :

Agriculture, Bacteria, Big Problems
تصور کنید عضوی از گروه فضانوردان هستید که به سوی مریخ یا سیاره ای دور حرکت می‌کنید. زمان مسافرت یک سال یا بیشتر است. فضا و منابع در دسترس تان محدود است. پس شما و گروه باید راهی برای تولید کردن غذا با کمترین مواد اولیه بیابید. چه می‌شود اگر بتوانید با خودتان چند بسته دانه برده، و چند ساعتی به کشت مواد غذایی بپردازید؟ و چه می‌شود اگر آن محصولات بعدش دانه های بیشتری تولید کنند، که به شما امکان غذا دادن به تمام گروه را تنها با همان چند پاکت دانه در تمام طول سفر بدهد؟ خوب، دانشمندانی در ناسا راهی برای انجام این کار پیدا کردند.
چیزی که آنها کشف کردند خیلی جالب بود. این کشف شامل میکروارگانیسم‌ها می‌شد، که ارگانیسم‌هایی تک سلولی هستند. آنها همچنین از هیدروژنِ آب استفاده کردند. انواعی از میکروبها که آنها استفاده کردند، موسوم بودند به هیدروژن‌اوتروف‌ها، و با این هیدروژن‌اوتروف‌ها، می توانید یک چرخه کربنی کارا خلق کنید که از زندگی درون فضاپیما محافظت می‌کند. فضانوردان با تنفس کردن کربن دی‌اکسید تولید می‌کنند، سپس این کربن دی‌اکسید توسط میکروب‌ها دریافت شده و به مواد مغذی و محصولات غنی از کربن تبدیل می‌گردد. سپس فضانوردان آن محصولاتِ کشاورزی غنی از کربن را می‌خورند و کربن آن را به صورت کربن دی‌اکسید در بازدم‌شان بیرون می‌دهند،
که بعد باز توسط میکروب‌ها جمع آوری می‌شود، برای تولید محصولات کشاروزی مغذی، که بعد به شکل کربن دی‌اکسید در بازدم فضانوردان آزاد می‌شود. پس بدین ترتیب، یک چرخه‌ي مداربسته از کربن ایجاد می‌شود. خُب این امر چرا مهم است؟ ما انسانها برای زنده ماندن به کربن نیاز داریم، و کربن خودمان را از غذا تأمین می‌کنیم. در یک سفر فضایی طولانی، به سادگی نمی‌توانید هنگام سفرتان هیچ کربن اضافه‌ای بارگیری کنید. پس مجبورید راهی برای بازیافت آن درون فضاپیما پیدا کنید. راه زیرکانه‌ای است٬ نه؟ ولی موضوع اینجاست که آن پژوهش به جای خاصی نینجامید.
ما هنوز به مریخ نرفته‌ایم. هنوز به سیاره‌ی دیگری نرفته‌ایم. اما این تحقیق در دهه ۶۰ و ۷۰ انجام شده. خُب من و یکی از همکارانم٬ دکتر جان رید John Reed به بازیافت کردن کربن اینجا در زمین علاقمند بودیم. می‌خواستیم به راه حل‌های فنی‌ای برای مقابله با تغییرات اقلیمی برسیم. و ما با خواندن چند مقاله منتشر شده در دهه‌های ۶۰ و ۷۰ و جلوتر به این پژوهش برخورد کردیم -- مقاله‌هایی مرتبط با آن. و فکر کردیم ایده‌ی خیلی خوبی است. پس گفتیم٬ خب٬ زمین هم شبیه یک فضاپیماست. اینجا فضا و منابع محدودی داریم٬ و روی زمین٬ باید راهی پیدا کنیم که
کربن موجود را بهتر بازیافت کنیم. حالا که ما ایده‌ی مان را پیدا کردیم٬ می‌توانیم بعضی از این ایده‌های ناسا-طور را بگیریم و ازشان در مشکل کربن سیاره زمین استفاده کنیم؟ می‌توانیم این میکروب‌های ناسا-طور را کشت بدیم تا محصولات باارزش غذایی اینجا روی زمین تولید کنیم؟ یک شرکت برای انجام این کار تاسیس کردیم. و در آن شرکت متوجه شدیم که این هیدروژن‌اوتروف‌ها -- که من به‌شون می‌گم بازیافت کننده‌های بسیارسریعِ کربن -- متوجه شدیم که اینها یک مجموعه خیلی قوی‌ای از میکروب‌ها هستن که عمدتاً نادیده گرفته شده و کنار گذاشته شده بودند٬ و اینکه می‌توانند محصولات خیلی مغذی‌ای تولید کنند.
پس شروع کردیم به کشت دادن این محصولات٬ این میکروب‌ها٬ در آزمایشگاهمان. فهمیدیم که می‌توانیم از کربن دی‌اکسید به‌وسیله این میکروب‌ها آمینو اسیدهای اساسی درست کنیم. و حتی غذایی غنی از پروتئین هم درست کردیم که پروفایل آمینو اسیدی داشت شبیه به آنچه در پروتئینِ بعضی حیوانات پیدا می‌کنید. ما آنها را باز هم بیشتر کشت دادیم٬ و فهمیدیم می‌توانیم روغن درست کنیم. روغن‌ها در تولید خیلی از محصولات استفاده می‌شوند. ما روغنی ساختیم که شبیه به روغن میوه‌ها/مرکبات بود٬ که می‌تواند برای چاشنی و طعم غذا به کار برود٬ همچنین می‌تواند بعنوان پاک‌کننده‌ زیست تجزیه‌پذیر
یا حتی بعنوان سوخت جت استفاده شود. و روغنی ساختیم که شبیه به روغن پالم (نوعی میوه) بود. روغن پالم برای تولید گستره‌ی وسیعی از کالای صنعتی و مصرفی کاربرد دارد. شروع کردیم به همکاری با تولیدکننده‌ها تا مقیاس این فناوری را بزرگتر کنیم٬ و درحال حاضر مشغول همکاری با اونها برای واردکردن این محصولات به بازاریم. براین باور هستیم که این نوع فناوری عملاً می‌تواند کمکمان کند خیلی مفید کربن دی‌اکسید را به محصولاتی باارزش بازیافت کنیم -- چیزی که هم به سود این سیاره است و هم به سود بازار. این کاری است که امروز انجام می‌دهیم. ولی فردا٬ این نوع فناوری و استفاده از این نوع میکروب‌ها
می‌توانند کمکمان کنند کاری عظیم‌تر کنیم اگر که به سطحی بالاتر برسانیم‌اش. بر این باور هستیم این نوع فناوری می‌تواند کمکمان کند با مشکل کشاورزی مقابله کنیم و این امکان را می‌دهد که نوعی کشاورزی با ظرفیت پایدار خلق کنیم که اجازه می‌دهد عرضه‌ای درخور تقاضاهای عظیم آینده تهیه کنیم. و چرا به کشاورزی پایدار نیازمندیم؟ خوب٬ تخمین زده شده که جمعیت دنیا تا سال ۲۰۵۰ نزدیک به ۱۰ میلیارد نفر شود٬ و پیش‌ بینی می‌کنیم که نیازمند افزایش تولید غذا تا ۷۰ درصد خواهیم بود. بعلاوه٬ نیازمند خیلی مواد خام و مواد اولیه دیگری هم برای تولید کالاهای مصرفی و صنعتی خواهیم بود.
پس چطور جوابگوی آن تقاضای بزرگ باشیم؟ خوب٬ ساده است که کشاورزی امروز نمی‌تواند به طور پایدار جوابگوی آن نیاز باشد. به چند دلیل. یکی اینکه کشاورزی امروزی یکی از بزرگ‌ترین منتشرکننده‌های گازهای گلخانه‌ای است. درواقع٬ گازهای گلخانه‌ای که کشاورزیِ امروزی ساطع می‌کند بیشتر از گاز تمام خودروهامون٬ کامیون‌ها٬ هواپیماها و قطارهامون با هم است. دلیل دیگرش اینکه این کشاورزی امروزی زمین‌های بسیار زیادی را تصاحب کرده. ما ۵۰ میلیون کیلومتر مربع زمین را برای کشاورزی و دامداری پاکسازی کرده‌ایم. این به چه معناست؟ خوب٬ این تقریباً هم سطح آمریکای جنوبی و آفریقا روی هم است.
بگذارید مثال مشخصی بیاورم. در اندونزی٬‌ مقدار جنگل بکری که پاکسازی شده سرجمع هم‌سطح ایرلند است٬ فقط بین سال‌های ۲۰۰۰ و ۲۰۱۲. به آن همه گونه های حیاتی٬ به آن تنوعی فکر کنید که در این فرایند نابود شدند٬ حیات گیاهی٬ حشرات٬ یا حیات جانوری. و نیز یک بازیافت کننده‌ی طبیعی کربن هم نابود شد. خوب بگذارید موضوع را ملموس کنم. این پاکسازی درآغاز انجام شد تا جا برای کاشت گیاه پالم باز شود. و همانطور که قبلاً گفتم٬ روغن پالم در تولید خیلی از محصولات کاربرد دارد. درواقع٬ تخمین زده شده که بیش از ۵۰ درصد محصولات مصرفی
با استفاده از روغن پالم تولید می‌شود. و این شامل چیزهایی می‌شود مثل بستنی٬ بیسکوییت ... شامل روغن خوراکی هم می‌شود. شامل مواد شوینده٬ ضدعفونی کننده و صابون‌ها هم می‌شود. من و شما هم احتمالاً چیزهای زیادی در آشپزخانه‌ها و دستشویی‌هایمان داریم که در تولیدشان از روغن پالم استفاده شده. پس من و شما ذی‌نفعان مستقیمِ پاکسازی جنگل‌های استوایی هستیم. عصر نوین مشکلاتی با خود دارد٬ و ما باید راه حلی پیدا کنیم اگر می‌خواهیم با آن به خوبی مقابله کنیم. من بر این باور هستم که میکروب‌ها می‌توانند بخشی از پاسخ باشند -- خصوصاً٬ این بازیافت کننده‌های فوق سریع.
این بازیافت کننده‌های فوق سریع. همچون گیاهان٬ مانند بازیافت کننده‌هایی طبیعی عمل می‌کنند در اکوسیستم‌های مربوط به خودشان. و اینها در جاهای غیرطبیعی زمین هم مثل منافذ هیدروترمال و چشمه‌های آب گرم موجودند. در این اکوسیستم‌ها٬ آن‌ها کربن را گرفته و به چیزی مغذی که در آن اکوسیستم نیاز هست بازیافت می‌کنند. این‌ها مواد مغذی غنی‌ای هستند٬ مثل روغن‌ها٬ پروتئین‌ها٬ مواد معدنی و کربوهیدرات‌ها. و میکروب‌ها هم که بخشی ثابت از زندگی روزانه‌ی ما هستند. اگر از نوشیدن یک گیلاس شراب در یک شب تعطیلات بعد از یک هفته‌ی کاری سخت و طولانی لذت می‌برید٬
درواقع از ماحصل میکروب‌ها لذت می‌برید. اگر از یک شراب محلی لذت می‌برید -- محصول میکروب‌ها است. یا نان٬ پنیر یا ماست. همه‌ی این‌ها محصول میکروب‌ها هستند. اما قدرت و زیبایی که در این بازیافت کننده‌های کربن فوق‌سریع جمع آمده متکی به این حقیقت است که می‌توانند به جای چند ماه٬ در مدت چند ساعت تولید شوند. این یعنی می‌توانیم محصولات غذایی‌مان را خیلی سریع‌تر از روش‌های امروزی تولید کنیم. این‌ها در تاریکی رشد می‌کنند٬ پس در هر فصلی می‌توانند رشد کنند و نیز در هر جغرافیا و منطقه‌ای.
می‌توانند در ظرف‌های دربسته رشد کنند که حداقل فضا را اشغال می‌کند. و می‌توانیم به نوعی از کشاورزی عمودی دست پیدا کنیم. به جای کشاورزی سنتی‌مان در جهت افقی که زمین‌های زیادی لازم دارد٬ می‌توانیم در جهت عمودی جلو برویم٬ و در نتیجه محصولات زیادتری در واحد سطح تولید کنیم. اگر این نوع فناوری را تکمیل کنیم و از این بازیافت کننده‌های کربن استفاده کنیم دیگر لازم نیست جنگل‌های بارانی بیشتری را به منظور تولید غذا و کالاهای مصرفی‌مان نابود کنیم. چون در مقیاسی بزرگ می‌توان۱۰٫۰۰۰ بار خروجی بیشتری در واحد زمین به دست بیاوریم در مقایسه با٬ مثلاً٬ اگر سویا بکارید
اگر در همان زمین سویا بکارید در طی زمان مشخصی از سال. ده هزار برابر در بخشی از سال. این مقصود من از شیوه‌ای جدید در کشاورزی است. و این هدف من است از توسعه‌ی سامانه‌ای که این امکان را به ما می‌دهد تا با ظرفیت بزرگ و دائمی تقاضای ۱۰ میلیارد نفر را پاسخگو باشیم. محصولات این شیوه‌ی نوین کشاورزی چیست؟ خوب٬ ما الان یک غذای پروتئینی درست کردیم٬ پس می‌شود چیزی شبیه به یک وعده غذا با سویا را تصور کرد٬ یا حتی با آرد ذرت یا آرد گندم. و الان روغن‌هایی ساخته‌ایم٬ پس می‌توانید چیزی شبیه به روغن نارگیل را تصور کنید یا روغن زیتون یا روغن سویا.
پس این نوع از محصولات کشاورزی می‌تواند موادی درست کند که بهمان پاستا و نان بدهد٬ کیک و هرنوع مواد خوراکی دیگری. وانگهی٬ از آنجا که روغن در ساخت خیلی از کالاهای دیگر کاربرد دارد٬ در محصولات صنعتی و مصرفی٬ می‌توانید تصور کنید مواد شوینده صابون و ضدعفونی کننده و غیره را با این فرآورده‌ها تولید کنید. نه تنها داریم دچار کمبود جا می‌شویم بلکه اگر به همین وضع تولید ادامه دهیم با کشاورزی امروزی٬ احتمال محروم کردن فرزندان آینده‌مان از سیاره‌ای زیبا را افزایش می‌دهیم. اما لازم نیست این طور بشود. می‌توانیم آینده‌ای پربار را تصور کنیم بیایید سامانه‌هایی بسازیم که سیاره‌ زمین این فضاپیمای مان را
نه تنها از خطر برخورد حفظ کنیم٬ بلکه سامانه‌ها وشیوه‌های زندگی‌ای نیز ایجاد کنیم که برای زندگی هم خودمان سودمند باشند و هم برای زندگی ۱۰ میلیارد نفری که تا سال ۲۰۵۰ روی این سیاره خواهند بود. بسیار سپاسگزارم. (تشو
Imagine you are a part of a crew of astronauts traveling to Mars or some distant planet. The travel time could take a year or even longer. The space on board and the resources would be limited. So you and the crew would have to figure out how to produce food with minimal inputs. What if you could bring with you just a few packets of seeds, and grow crops in a matter of hours? And what if those crops would then make more seeds, enabling you to feed the entire crew with just those few packets of seeds for the duration of the trip?
Well, the scientists at NASA actually figured out a way to do this. What they came up with was actually quite interesting. It involved microorganisms, which are single-celled organisms. And they also used hydrogen from water. The types of microbes that they used were called hydrogenotrophs, and with these hydrogenotrophs, you can create a virtuous carbon cycle that would sustain life onboard a spacecraft. Astronauts would breathe out carbon dioxide, that carbon dioxide would then be captured by the microbes and converted into a nutritious, carbon-rich crop. The astronauts would then eat that carbon-rich crop
and exhale the carbon out in the form of carbon dioxide, which would then be captured by the microbes, to create a nutritious crop, which then would be exhaled in the form of carbon dioxide by the astronauts. So in this way, a closed-loop carbon cycle is created. So why is this important? We need carbon to survive as humans, and we get our carbon from food. On a long space journey, you simply wouldn't be able to pick up any carbon along the way, so you'd have to figure out how to recycle it on board. This is a clever solution, right?
But the thing is, that research didn't really go anywhere. We haven't yet gone to Mars. We haven't yet gone to another planet. And this was actually done in the '60s and '70s. So a colleague of mine, Dr. John Reed, and I, were interested, actually, in carbon recycling here on Earth. We wanted to come up with technical solutions to address climate change. And we discovered this research by reading some papers published in the '60s -- 1967 and later -- articles about this work. And we thought it was a really good idea. So we said, well, Earth is actually like a spaceship.
We have limited space and limited resources, and on Earth, we really do need to figure out how to recycle our carbon better. So we had the idea, can we take some of these NASA-type ideas and apply them to our carbon problem here on Earth? Could we cultivate these NASA-type microbes in order to make valuable products here on Earth? We started a company to do it. And in that company, we discovered that these hydrogenotrophs -- which I'll actually call nature's supercharged carbon recyclers -- we found that they are a powerful class of microbes
that had been largely overlooked and understudied, and that they could make some really valuable products. So we began cultivating these products, these microbes, in our lab. We found that we can make essential amino acids from carbon dioxide using these microbes. And we even made a protein-rich meal that has an amino acid profile similar to what you might find in some animal proteins. We began cultivating them even further, and we found that we can make oil. Oils are used to manufacture many products. We made an oil that was similar to a citrus oil,
which can be used for flavoring and for fragrances, but it also can be used as a biodegradable cleaner or even as a jet fuel. And we made an oil that's similar to palm oil. Palm oil is used to manufacture a wide range of consumer and industrial goods. We began working with manufacturers to scale up this technology, and we're currently working with them to bring some of these products to market. We believe this type of technology can indeed help us profitably recycle carbon dioxide into valuable products -- something that's beneficial for the planet
but also beneficial for business. That's what we're doing today. But tomorrow, this type of technology and using these types of microbes actually could help us do something even greater if we take it to the next level. We believe that this type of technology can actually help us address an issue with agriculture and allow us to create a type of agriculture that's sustainable, that will allow us to scale to meet the demands of tomorrow. And why might we need a sustainable agriculture? Well, actually, it is estimated that the population will reach about 10 billion by 2050,
and we're projecting that we will need to increase food production by 70 percent. In addition, we will need many more resources and raw materials to make consumer goods and industrial goods. So how will we scale to meet that demand? Well, modern agriculture simply cannot sustainably scale to meet that demand. There are a number of reasons why. One of them is that modern agriculture is one of the largest emitters of greenhouse gases. In fact, it emits more greenhouse gases than our cars, our trucks, our planes and our trains combined.
Another reason is that modern ag simply takes up a whole lot of land. We have cleared 19.4 million square miles for crops and livestock. What does that look like? Well, that's roughly the size of South America and Africa combined. Let me give you a specific example. In Indonesia, an amount of virgin rainforest was cleared totaling the size of approximately Ireland, between 2000 and 2012. Just think of all of the species, the diversity, that was removed in the process, whether plant life, insects or animal life. And a natural carbon sink was also removed.
So let me make this real for you. This clearing happened primarily to make room for palm plantations. And as I mentioned before, palm oil is used to manufacture many products. In fact, it is estimated that over 50 percent of consumer products are manufactured using palm oil. And that includes things like ice cream, cookies ... It includes cooking oils. It also includes detergents, lotions, soaps. You and I both probably have numerous items in our kitchens and our bathrooms that were manufactured using palm oil. So you and I are direct beneficiaries of removed rainforests.
Modern ag has some problems, and we need solutions if we want to scale sustainably. I believe that microbes can be a part of the answer -- specifically, these supercharged carbon recyclers. These supercharged carbon recyclers, like plants, serve as the natural recyclers in their ecosystems where they thrive. And they thrive in exotic places on Earth, like hydrothermal vents and hot springs. In those ecosystems, they take carbon and recycle it into the nutrients needed for those ecosystems. And they're rich in nutrients,
such as oils and proteins, minerals and carbohydrates. And actually, microbes are already an integral part of our everyday lives. If you enjoy a glass of pinot noir on a Friday night, after a long, hard work week, then you are enjoying a product of microbes. If you enjoy a beer from your local microbrewery -- a product of microbes. Or bread, or cheese, or yogurt. These are all products of microbes. But the beauty and power associated with these supercharged carbon recyclers lies in the fact that they can actually produce in a matter of hours versus months.
That means we can make crops much faster than we're making them today. They grow in the dark, so they can grow in any season and in any geography and any location. They can grow in containers that require minimal space. And we can get to a type of vertical agriculture. Instead of our traditional horizontal agriculture that requires so much land, we can scale vertically, and as a result produce much more product per area. If we implement this type of approach and use these carbon recyclers, then we wouldn't have to remove any more rainforests
to make the food and the goods that we consume. Because, at a large scale, you can actually make 10,000 times more output per land area than you could -- for instance, if you used soybeans -- if you planted soybeans on that same area of land over a period of a year. Ten thousand times over a period of a year. So this is what I mean by a new type of agriculture. And this is what I mean by developing a system that allows us to sustainably scale to meet the demands of 10 billion. And what would be the products of this new type of agriculture? Well, we've already made a protein meal,
so you can imagine something similar to a soybean meal, or even cornmeal, or wheat flour. We've already made oils, so you can imagine something similar to coconut oil or olive oil or soybean oil. So this type of crop can actually produce the nutrients that would give us pasta and bread, cakes, nutritional items of many sorts. Furthermore, since oil is used to manufacture multiple other goods, industrial products and consumer products, you can imagine being able to make detergents, soaps, lotions, etc., using these types of crops. Not only are we running out of space, but if we continue to operate under the status quo
with modern agriculture, we run the risk of robbing our progeny of a beautiful planet. But it doesn't have to be this way. We can imagine a future of abundance. Let us create systems that keep planet Earth, our spaceship, not only from not crashing, but let us also develop systems and ways of living that will be beneficial to the lives of ourselves and the 10 billion that will be on this planet by 2050. Thank you very much. (Applause)