التقاطع تصميم التكنولوجيا الحيوية والأجهزة تعزيز الإنتاجية الزراعية

مقدمة: ثورة زراعية جديدة

وقد تحولت الزراعة بشكل كبير من أصولها في اليد العاملة اليدوية والأدوات التي تعمل بالزراعة، وقد جلب القرن العشرين المكننة والمدخلات الاصطناعية، ولكن القرن الحادي والعشرين يحدده دمج البيولوجي و تصميم آلية .

دور التكنولوجيا الأحيائية في الزراعة الحديثة

وتسخر التكنولوجيا الأحيائية الكائنات الحية والنظم البيولوجية لتطوير المنتجات والعمليات، وفي مجال الزراعة، تجاوز هذا المجال كثيراً التوالد التقليدي، وتشمل الأدوات التكنولوجية الحيوية الرئيسية ما يلي:

وتعالج هذه الابتكارات مباشرة التحديات الكبرى المتمثلة في تغذية عدد متزايد من سكان العالم مع الحد من الآثار البيئية للزراعة، وقد تبين أن محاصيل التكنولوجيا الأحيائية تزيد من غلات المبيدات بنسبة 22 في المائة وتخفض استخدام مبيدات الآفات بنسبة 37 في المائة في المتوسط (المصدر: ISAAA) وعلاوة على ذلك، فإن أصناف الجفاف والتسامح التي تستحدث من خلال الآلية العالمية وتحرير الجينات تساعد المزارعين على الحفاظ على الإنتاجية في المناطق المائية.

من المختبر إلى الميدان: الأثر الحقيقي العالمي

وفي عام 2023، تم زرع ما يزيد على 190 مليون هكتار من محاصيل التكنولوجيا الحيوية على الصعيد العالمي، وهي تشمل ليس فقط المحاصيل السلعية مثل الذرة والصويا، بل أيضا المحاصيل المتخصصة مثل البابايا المقاوم للفيروسات والتفاح غير الازدحام، وخط الأنابيب غني: فالباحثون الآن هندسيون الأرز مع تعزيز كفاءة التخدير الضوئي والحنطة التي تتطلب تقلل من تخصيب النيتروجين.

كما تمتد التكنولوجيا الأحيائية لتشمل المواشي: فقد تطورت اللقاحات المحسنة، والبروفات الخاصة بصحة الأحشاء، والاختيار الوراثي لمقاومة الأمراض، وفي مجاري التربة، قامت شركات مثل Pivot Bio] باستحداث منتجات مجهرية تصلح النيتروجين مباشرة في المنطقة الجذرية، وحلت محل ما يصل إلى 25 في المائة من احتياجات النيتروجين الاصطناعية.

دال - التقدم المحرز في تصميم الآلات

وبالتوازي مع التكنولوجيا الحيوية، تطورت الآلات الزراعية من جرارات بسيطة إلى منابر متطورة مدمجة مع أجهزة الاستشعار، والجهاز العالمي لتحديد المواقع، والرؤية الحاسوبية، والاستخبارات الاصطناعية، أما معدات اليوم فهي مصممة لزراعة دقيقة ]FLT:1[، التي تهدف إلى تطبيق المدخلات )المياه والبذور والأسمدة ومبيدات الآفات( فقط حيثما وحيثما وحيثما كان الأمر بالضبط.

والفوائد الاقتصادية كبيرة: إذ يمكن للزراعة الدقيقة أن تقلل من تكاليف المدخلات بنسبة 10 إلى 20 في المائة، بينما تزيد من العائدات بنسبة 5 إلى 15 في المائة (المصادر: ]MDPI Agriculture)، وعلاوة على ذلك، فإن هذه التكنولوجيات، بتجنب الإفراط في استخدام الأسمدة ومبيدات الآفات، تساعد على حماية نوعية المياه والتنوع البيولوجي.

The Data-Driven Backbone

وتقوم الآلية الحديثة بتوليد كميات كبيرة من البيانات، وتقوم شركات التحليل السحابي ونماذج التعلم الآلي بتجميع هذه البيانات لتوليد معلومات عن الأمراض، مثل التنبؤ بتفشي الأمراض، أو وضع جداول للري على النحو الأمثل، أو التوصية باختيارات البذور الهجينة.

التآزر بين التكنولوجيا الحيوية والآلات

وتتحقق أكبر المكاسب عندما تكون التكنولوجيا الحيوية والآلات مصممة للعمل بالترادف، وهذا التآزر يخلق دورة نشطة: فالتكنولوجيا الأحيائية توفر الإمكانات البيولوجية، وتسمح الآلات بتعبيرها الدقيق والمتذبذب.

إدارة المبيدات

)أ( أن تنظر في ميدان الذرة البترولية، الذي يُعد جينيا لإنتاج بروتين سام لبعض الآفات الحشرية، ولا يمكن لفخاخ الذكية المجهزة بالكاميرات، ولا يمكن للمبادرة رصد السكان الحشريين في الوقت الحقيقي، وعندما تتجاوز عد الآفات عتبة، فإن أسطولا من الطائرات الآلية المستقلة ذاتيا أو أجهزة الرش الضوئية لا يطبق سوى مبيدات بيولوجية ذاتية ضيقة على المناطق المزروعة.

الاستخدام الأمثل للمياه مع المحاصيل المتسامحة مع الجفاف

ويمكن أن تحافظ الذرة المتسامحة للجفاف، التي يتم تطويرها من خلال كل من الآلية العالمية وتحرير الجينات، على الغلة تحت ضغط مائي متوسط، ولكن من أجل تحقيق أقصى قدر من الفوائد، فإن نظم الري ذات معدلات متغيرة والمتكاملة مع أجهزة استشعار التربة والتنبؤات الجوية تضبط جداول المياه بصورة دينامية، وقد تحققت الإمكانات الجينية للمحاصيل بالكامل لأن الآلات تكفل استخدام المياه بدقة عندما تكون الحاجة إليها أشد، وتتجنب استخدام الأراضي الجافة بنسبة ٣٠ في المائة.

الحشيش الآلي لمبيدات الأعشاب المقاومة

وقد سمحت المحاصيل التي تحمل مبيدات الأعشاب (مثلاً، صوياً جاهزين للشرب) للمزارعين بمكافحة الأعشاب ذات المشاهد العريضة، غير أن الاعتماد المفرط على هذه النظم الكيميائية المقاومة لمبيدات الأعشاب، ويجمع نهج أفضل بين التكنولوجيا الحيوية والآلات الآلية، مثلاً، يمكن للآلات التي تستخدم الرؤية الحاسوبية أن تميز بين مصنع محصول مقاوم للمبيدات الحشرية ورش ميكروبي.

:: رعاية الميكروبيوم الصومالي

وتشمل منتجات التكنولوجيا الحيوية الجديدة طلاء البذور التي تحتوي على مجارات مفيدة تعزز المغذيات أو تمنع مسببات التربة، ومن أجل الاستفادة الكاملة من هذه المواد، يمكن تجهيز الآلات بمستشعرات التربة التي تقيس النشاط الميكروبي، والحمض النووي، والمواد العضوية، ومن ثم تقوم المصانع ذات المعدلات المتناهية الصغر بتعديل المباعدة بين البذور والعمق، مع ضمان وضع كل بذور في أفضل الظروف لشركائها في مجال التعدين.

الآفاق المستقبلية: CRISPR, Autonomy and AI

ويعود العقد القادم بدمج أعمق، فالتحرير الوراثي مع برنامج البحوث الاجتماعية والاقتصادية والاجتماعية يتيح إجراء تعديل سريع وغير مكلف للمحاصيل بما يناسب البيئات المحددة - التسامح المبذول للمناطق القاحلة، والتسامح الملحي للتربة الساحلية، أو تحسين محتوى المغذيات بالنسبة لصحة الإنسان، ويمكن تصميم هذه المحاصيل المحررة بحيث تواكب العمل مع بروتوكولات محددة للآلات.

وفي الوقت نفسه، ستصير الآلية المستقلة ذاتية التوجيه تماماً، وستزرع أسطول من الروبوتات الصغيرة، مثل تلك التي تُستخدم من FarmBot] أو هذه الشركة الصغيرة للروبوت ، وتزرع وترصد وتميل إلى المحاصيل بصورة فردية، وتترجم المعلومات الجينية إلى جانب البيانات الميدانية في الوقت الحقيقي تقريباً، هذه النباتات الآلية.

كما أن الزراعة الفلكية والزراعة البيئية الخاضعة للرقابة تستفيد أيضاً، حيث تخلق التكنولوجيا الحيوية المحاصيل المثلى لظروف منخفضة الضوء وهرمائية، وأجهزة تتأقلم كل خطوة من البذور إلى الحصاد، والخط الفاصل بين البيولوجيا والخلايا الهندسية بينما نقترب من نظام يُصمَّم فيه كل مدخل حسب الحالة الوراثية والبيئية لكل مصنع.

التحديات والنظر في المسألة

وعلى الرغم من الوعد، فإن الطريق إلى الأمام ينطوي على عقبات، فمحاصيل التكنولوجيا الحيوية تواجه عقبات تنظيمية وقبولية عامة في مناطق كثيرة، لا سيما في أوروبا، ولا تزال المحاصيل التي يتم تحريرها بشكل عام خاضعة لأنظمة صارمة في بعض البلدان، تحد من اعتمادها، كما أن تكاليف الآلات لا تزال مرتفعة، مما يجعل نظم الدقة غير متاحة لصغار المزارعين في البلدان النامية، كما أن ملكية البيانات وخصوصيتها هي أيضاً من الشواغل التي يمكن أن تستخدمها الشركات الزراعية في جمعها لأغراض تتجاوز نظم التدريب.

ولتحقيق الإمكانات الكاملة، يجب على أصحاب المصلحة العمل على نقل التكنولوجيا بأسعار معقولة، ومعايير البيانات المفتوحة، والتنظيم القائم على العلم. ويمكن للشراكات بين القطاعين العام والخاص أن تساعد، كما يُنظر إليها بمبادرات مثل شراكة التربة العالمية التابعة لمنظمة الأغذية والزراعة ] على تعزيز رسم خرائط التربة الرقمية والابتكارات في مجال التكنولوجيا الأحيائية.

الاستنتاج: مسار موحد نحو الأمام

إن تقاطع التكنولوجيا الحيوية وتصميم الآلات ليس مفهوماً في المستقبل، بل يحدث الآن في ميادين شتى في العالم، إذ إن الزراعة، من خلال الجمع بين المكاسب الوراثية من التكنولوجيا الحيوية ودقة الأجهزة الحديثة واستقلالها، يمكن أن تحقق مستويات الإنتاجية اللازمة لإطعام 10 بلايين نسمة على نحو مستدام بحلول عام 2050، وهذا التكامل يقلل من الأثر البيئي ويحافظ على الموارد ويعزز القدرة على التكيف مع تغير المناخ، غير أن النجاح يتوقف على استمرار الابتكار، والتنظيم المعقول، والانتفاع المنصف.