11 milyar insanı doyurmanın mühendisliği

Bu yazının kaleme alındığı bu günlerde, dünya nüfusu 7,8 milyar düzeyinde seyrediyor. Sizce dünya nüfusu bu değerin yarısına, yani yaklaşık 4 milyar insan mertebesine kaç sene önce ulaşmıştı? Tahmininiz? İnsanın aklına yüz binlerle ifade edilecek bir tahmin yürütmek geliyor, değil mi? Doğru cevabı öğrendiğinizde şaşıracaksınız: Dünya nüfusunun 4 milyara ulaşmasının üzerinden sadece 45 sene geçti.

dünya nüfusu

Bunun ne anlama geldiğini sindirebilmek için, kısa bir süre durup üzerinde düşünmekte fayda var: İnsanlığın başlangıcından 4 milyar insana ulaşana kadar yaklaşık 6-7 milyon yıl gibi bir süre geçiyor. Sonra bunun üzerine bir 4 milyar daha eklemek için ise 45 sene yeterli oluyor. Akıl alır gibi değil. Önümüzdeki 80 yıl içinde, bu değerin yaklaşık %50 oranında daha artması ve dünya nüfusunun 2100 yılında 11 milyar seviyesine ulaşması bekleniyor.

Bu nüfus artışı beklentilerini görünce, insanın aklına onlarca soru geliyor. Eğer konuya aşinalığınız yoksa ve bu değerleri ilk defa görüyorsanız, eminim bu sorular sizin de kafanızı kurcalamaya başlamıştır. Ben bu yazıda bu sorulardan bir tanesini ele almaya çalışacağım: Bu kadar insan nasıl doyacak?

Nüfus ve artan gıda talebi karşısındaki riskler

Önümüzdeki yıllarda beklenen nüfus artışına bağlı problemleri, sadece insan sayısındaki artış üzerinden değerlendirmek doğru olmaz. Bu kadar insanın yaşayabileceği mega şehirleri düşünürseniz, bu insanları besleyecek tarım alanları bile aslında başlı başına bir problem olarak karşımızda duruyor: Bu mega şehirler çevresinde tarım arazilerinin kurulması, yeterli besinin üretilmesi ve tedarik zincirinin kurulması inanın pek kolay bir iş olmayacak. Buna ek olarak iklim değişikliğine bağlı kuraklıkların artması ve ekinlere zarar verebilecek düzeyde şiddetli yağışlar, ister istemez tarımı daha da zorlayan etkenler olarak karşımıza çıkacak. (İklim değişikliğine bağlı küresel ısınma, uzun süreli kurak dönemlere, yağışların arasının açılmasına ve gelen yağışların şiddetinde artışa yol açar.)

Bunları bugünden öngörebiliyoruz. Ama esas mesele şu: Bu öngörü sonrasında ne yapmayı tercih ediyoruz? Depresyona girmek de bir tercih. Ama yaklaştığı bugünden açıkça görülen bu konulara hazırlanmak ve çözümler üretmek de öyle. Gelin biz tercihini ikinci yönde yapanlara bakalım.

Daha hızlı bir fotosentez

Üretim süreçlerini daha verimli hale getirmek, mühendislerin başlıca görevleri ve çalışma alanları arasında yer alır. Sanayide ve üretimde çalışmış her mühendis, üretimdeki verimsizlikleri gidermek adına çeşitli projelerde mutlaka çalışmıştır. Peki konumuz sanayi üretimi değil de, tarım üretimi olursa? Örneğin fotosentezi de verimsiz bulup, verimini arttırmaya çalışabilir miyiz?

Görünen o ki, evet.

Öncelikle fotosentezin ne olduğunu kısaca bir hatırlayalım. Okulda hepimiz öğrendik: Bitkiler güneş enerjisinden kimyasal enerji, yani besin üretebiliyorlar. Bu beceriye fotosentez adı veriliyor. Bitkiler havadan biraz karbondioksit, biraz da su alıp, güneşten gelen enerjiyi de kullanarak bu iki molekülden glikoz, yani şeker ve oksijen üretiyorlar.

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Gezegenimizdeki tüm bitki varlığını, tropik ormanları, bitki örtülerini ve yediğimiz sebzelerin büyüyebilmelerini mümkün kılan denklem bu. Gezegenimizin kadim geçmişini ve doğanın ahengini düşündükçe, böylesine temel bir süreçte bile bir verimsizlik olabileceği hiç aklınıza gelmiyor, değil mi?

scienceABD’de Illinois Üniversitesinde yürütülen RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency) adlı bir araştırma projesi tam da bu soru üzerine odaklanıyor. Araştırmacıların bulgularına göre fotosentez süreci gerçekten de bazı verimsizlikler barındırıyor ve çeşitli müdahalelerle bu sürecin verimini arttırmak ve bitkilerin daha hızlı büyümelerini sağlamak mümkün olabiliyor.

Araştırmacıların beyanlarına göre, fotosentezde verimsizliğe yol açan etkenlerden bir tanesi, bitkilerin fazla güneş ışığından kendilerini korumak için geliştirdikleri bir savunma mekanizması nedeniyle ortaya çıkıyor. Bitkiler direkt güneş ışığına maruz kaldıklarına üzerilerine etki eden fazla enerjiyi ısı yoluyla atabiliyorlar. Bu mekanizma güneş altında bitkiyi koruyor olsa da, güneş bir bulut tarafından engellendiğinde, bitki bu geçişe hemen adapte olamıyor ve bir süreliğine fotosenteze devam edemiyor. Araştırmacılar bitkinin bu geçişe hızlı bir şekilde adapte olmasını sağlayarak, fotosentezin durduğu ölü dakikaları ortadan kaldırıyorlar. Bunun sonucu olarak bitkinin daha hızlı büyümesi sağlanabiliyor.

ripe

Bu verimlilik artışı dünyanın yiyecek problemini çözmeye yeter demek elbette zor. Ancak yazının girişinde bahsettiğim çapta bir nüfus artışının ihtiyaçlarını tek bir çözümle karşılamayı beklemek de doğru olmaz. İleride özellikle önem kazanacak arazi yönetimi gibi birçok farklı alanda çok çeşitli yeniliklere ihtiyaç olacağı bir gerçek. Bu örnek, bitkilerin hızlı büyümesini sağlamak adına atılan bir adım sadece.

Fotosentezin verimini arttırmak adına yapılabilecek tek şey bundan da ibaret değil: fotosentez hızı farklı verimsizliklere odaklanarak da arttırılabiliyor. Örneğin bitkilerin fotosentez için gereken karbondioksit moleküllerini yakalamalarını sağlayan ve RuBisCO adı verilen bir enzim, görevini aksatıp zaman zaman oksijen moleküllerini de yakalayabiliyor. Bu istenmeyen durum gerçekleştiği zaman fotosolunum adı verilen süreç devreye giriyor ve fotosentez ile üretilen enerjinin %20 ila %50 gibi bir oranı harcanmak durumunda kalıyor. Araştırmacılar fotosolunum sürecini de kısaltıp, kaybolan enerji miktarını azaltmayı başarabiliyorlar. Bu kısalma da, bitkinin büyüme sürecinde benzer bir hız artışı elde edilmesini sağlıyor.

Laboratuvar aşamasında olan bu çalışmalar henüz gerçek anlamda tarlalara yansımış durumda değil. Laboratuvar sürecinin bir beş yıl daha sürmesi, sonrasında sağlık yönetmelikleri doğrultusunda onayların alması için bir on yıl daha geçmesi gerektiği tahmin ediliyor. Ancak geleceğin problemlerine bilimin ve mühendisliğin ne şekilde çözümler üretebileceğini görebiliyor olmak, yüreğimize bir nebze olsun su serpiyor diye düşünüyorum.

Bu çalışmaya konu olan genetik modifikasyonun, kamuoyu gözündeki olumsuz imajını ele almadan bu konuyu kapatmak doğru olmayacaktır. Genetik modifikasyon sadece tüketicilerde değil, çiftçiler, biyoteknoloji firmaları, hükümet yetkilileri, çeşitli dernekler, çevre örgütleri ve bilim insanları arasında fikir ayrılıkları yaratan ve bu gıdaların ilk ortaya çıktığı günden bu yana çatışmalara neden olan bir konu. Tartışmaların temelinde bu gıda ürünlerinin güvenli bir şekilde tüketilip tüketilemeyecekleri, çevreye verilen zarar ve nasıl test edildikleri gibi konular yatıyor.

Bu yazının amacı bu konuya taraf ya da karşı olmak değil. Sadece önümüzdeki yıllarda karşı karşıya kalacağımız çeşitli problemlere dair bir farkındalık yaratmak ve muhtemel çözüm önerilerinin gelişimi hakkında bilgi paylaşmak. Eğer siz bu gıdaların tüketilmesine dair bir problem görmüyorsanız, güzel. En azından bu çalışmaların sonuçlarıyla beslenebileceksiniz. Ama eğer kendinizi karşı kampta konumlandırıyorsanız, alternatif çözümleri üretme ya da üretmeye gayret edenleri destekleme sorumluluğunu da hissetmeniz gerektiğini düşünüyorum.

Ben ne yapabilirim ya da ben bu konuda bir eğitim almadım diye düşünüyorsanız, daha önce yazdığım bu yazıyı bu vesileyle tekrar hatırlatmak isterim.

Kaynaklar ve ek okuma

  1. Improving photosynthesis and crop productivity by accelerating recovery from photoprotection [Link]
  2. Faster light adaptation improves productivity [Link]
  3. Tuning up photosynthesis to feed the world [Link]
  4. Can Better Photosynthesis Help Feed the World? [Link]
  5. Scientists hack plant photosynthesis to boost crop yields by 40% [Link]