İklim değişikliğinin neden olduğu zorluklar, 2050 yılına kadar on milyar kişiye ulaşması beklenen yeryüzünün artan nüfusu ve 2 milyardan fazla insanın güvenli, besleyici ve yeterli gıdaya düzenli olarak erişemediği göz önüne alındığında insan oğlunun karşı karşıya olduğu en büyük zorluğun, sayıları giderek artan bu insanlara yiyecek sağlamak olduğu aşikar. Bu yüzden, uluslararası laboratuarlardaki bilim insanları, dünyayı bu risklerden kurtarabilecek yeni çözümler bulmaya çalışıyorlar.
Bu makalede, Suudi Arabistan’da, özellikle Kral Abdullah Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nde (KAUST) çalışmalar yapan bilim insanlarının, dünyayı yok etmeden 2050 yılına kadar üç milyar insanı sürdürülebilir bir şekilde besleyecek yeterli gıda üretme hedefine ulaşmak için yaptıkları araştırmaların ve yürüttükleri projelerin bazılarını aktaracağız.
Araştırmalar ve projeler
Bu konuda Suudi Arabistan’da yapılan araştırmaların ve projelerin ilk adımı, kariyerini dünyanın artan nüfusunun yeterli gıdaya ulaşmasına yardımcı olacak çalışmalar yapmaya adayan bilim insanlarından biri olan KAUST Çöl Tarımı Merkezi (Center for Desert Agriculture) Direktörü Profesör Rod A. Wing tarafından atıldı.
Wing'in araştırması, dünya nüfusunun yarısından fazlasının temel gıda maddelerine güvenli erişim sağlamada büyük önem taşıyan pirince odaklanıyor. Araştırmanın önceliği, daha az su, gübre, böcek ilacı ve daha küçük arazi kullanarak daha yüksek besin değerine sahip ve daha kaliteli yeşil pirinç çeşitlerinin yetiştirilmesidir. Wing'in projelerinden biri, tuzlu suda yetişebilen yabani bir pirinç türünü tüketim için uygun hale getirilmesi, bir diğeri ise üretilen ve yabani pirinç çeşitleri hakkında elde edilen büyük miktarda genetik bilginin analiz edilmesidir. Bu sayede dijital bir gen bankası oluşturmak için kullanılabilecek referans genomların oluşturulması planlanıyor. Wing'in şu anda kurmakta olduğu dijital biyoloji grubu, daha sürdürülebilir ve dayanıklı pirinç çeşitlerinin yetiştirilmesini hızlandırmak için bu bankadan elde edilen verileri pirincin genetik özelliklerine ilişkin diğer mevcut verilerle karşılaştıracak.
Daha güçlü bitkilerin yetiştirilmesi
Wing’in meslektaşı olan KAUST Çöl Tarımı Merkezi Direktör Yardımcısı Profesör Mark Tester ise, arpa, domates ve kinoa bitkilerinin tuz stresine karşı tolerans mekanizmalarının özellikleriyle ilgili genleri belirlemek için DNA’larını inceliyor. Tester’ın araştırma ekibi, arpa bitkisindeki tuz stresine karşı toleransından sorumlu genleri belirlemiş durumda. Ekip, üretilen çeşitlerden birini birkaç yabani çeşitle melezleyerek yetiştirilen bir grup arpayı incelerken, şu anda bu genleri ticari arpa çeşitleriyle melezlemeye çalışıyor. Kinoa bitkisi üzerinde çalışmalarını yürüten araştırma ekibi ise hem daha lezzetli hem de daha güçlü bitkiler ve tohumlar üretmeyi hedefliyor. Kinoa bitkisinin yüksek besin değerine sahip olmasının yanı sıra tuzluluk oranı yüksek topraklarda ve yüksek rakımlarda yetiştirilebildiği biliniyor. Prof. Terter’ın çalışması, gıda güvensizliği sıkıntısı çeken ülkelerde alternatif bir temel ürün olarak kinoa üretilmesine yardımcı olabilir.
Tester’ın ekibi aynı zamanda mahsulleri kısmen tuzdan arındırılmış suyla sulamaya ve tuzdan arındırma maliyetlerini azaltmanın yollarını araştırıyor. Ekip böylece sürdürülebilir ve ekonomik olarak uygulanabilir bir sulama sistemi oluşturmaya çalışıyor. Bu çalışmanın getirdiği erken başarı Prof. Tester’ı, seralara ve balık çiftliklerine, tuzlu su kaynaklarından ve seyreltilmemiş deniz suyuna dayanan soğutma sistemlerinden yararlanılarak daha az su ve enerji ile mahsul üretimini artırmak amacıyla geliştirilen en son teknolojiyi sunan ziraat mühendisi Ryan Lefers ile işbirliğinde Red Sea Farms adlı bir şirket kurmaya itti.
Prof. Tester, çalışmalarıyla ilgili şunları söyledi:
“Gıda üretim sistemlerimizin sürdürülebilirlik seviyelerini yükseltmek istiyorum. Bunu yapmanın yollarından biri de tatlı su kullanımını azaltmaktır. Gıda ve su güvenliği sosyal, politik ve çevresel düzeyde oldukça büyük önem taşıyor. Bu konuda sadece küçük bir adım atabilirim. Bu yüzden elimdeki bu fırsatı boşa harcamak istemiyorum. “
Hassas tarım
KAUST Su Arıtma ve Yeniden Kullanım Merkezi (WDRC) Direktör Yardımcısı olan Çevre Bilimi ve Mühendisliği Bölümü Profesörü Matthew McCabe, Prof. Tester’ın binlerce farklı tesisten, özel donanımlı insansız hava araçları (İHA) kullanarak veri toplamasına yardımcı oluyor. Prof. McCabe, Suudi Arabistan'daki tarım faaliyetlerini izlemek için söz konusu İHA’ları bir ‘ayakkabı kutusundan’ daha büyük olmayan ticari uydularla birlikte kullanıyor. Prof. McCabe’in ekibi, şuan her mahsulün yetiştirilmesinde ayrı ayrı ne kadar su kullanıldığını belirlemek için toplanan verileri analiz ediyor. Bu verilerin, Suudi Arabistan’ın su kaynaklarını yönetmesine yardımcı olma konusunda büyük öneme sahip olduklarını vurgulayan Prof. McCabe ve ekibi aynı zamanda Çevre, Su ve Tarım Bakanlığı'nda ülke genelinde yapılan tarım faaliyetlerindeki su kullanımını haritalamak için yürütülen bir projede yer alıyor.
Prof. McCabi ve ekibi tarafından İHA’lar ve uydular aracılığıyla toplanan veriler, çiftçilerin tarlalarının verimli alanlarını işlemesine, para ve kaynak tasarrufu yapmasına ve daha kaliteli mahsuller yetiştirmesine olanak tanıyan hassas tarım kavramının gerçeğe dönüşmesine yardımcı olabilir.
Ancak tüm bu gelişmelere, veri miktarındaki büyük bir artışın eşlik ettiğini vurgulayan Prof. McCabe, bu zorluğun üstesinden gelmek için şu anda çok sayıda veri kümesinden bilgi çeken makine öğrenimi (Machine Learning-ML) tekniklerini kullandıklarını, böylece bu verilerin daha sonra tarımsal sistemlerin yönetimine ve işletilmesine rehberlik etmek için kullanılabileceğini belirtti.
Prof. McCabe’in ekibi aynı zamanda yüksek çözünürlüklü uzaktan algılama verilerini, hava durumu tahminlerini ve en son ürün yetiştirme modellerini birleştirerek mahsul üretkenliği ile ilgili tahminleri geliştirmenin yollarını araştırıyor. Prof. McCabe bunun ilgili olarak, “Gerçek hasattan haftalar veya aylar önce mahsul verimini tahmin edip edemeyeceğimizi görmeye çalışıyoruz. Bu çabaların gıda güvenliği alanında doğrudan uygulamaları bulunuyor. Çünkü artık sezon sonu mahsul verimini doğru bir şekilde tahmin edemiyoruz” ifadelerini kullandı.
Hurma ağaçları ile ilgili araştırmalar
Tarımsal sürdürülebilirliğin iyileştirilmesinin bitki biliminin güçlü bir temel anlayışı olması sebebiyle Bitki Bilimleri alanında araştırmalar yapan Doç. Dr. İkram Blilou ve ekibi tarafından yapılan çalışma, bu alanda büyük önem taşıyor. Bitkiler hakkında yaptığı temel araştırmanın ana itici gücünün merak olduğunu söyleyen Doç. Dr. Blilou ve ekibi, kök sistemlere odaklanarak bitki büyümesiyle ilgili biyolojik süreçleri anlamaya çalışıyor. Blilou ve ekibinin bu çalışmasının önemli uygulamaları olabilir. Örneğin, Blilou ve ekibi, belirli bitki genlerinin bitkinin büyümesini nasıl iyileştirilebileceğini ve yıllık olarak on milyarlarca dolara mal olabilen tarımsal kayıplara neden olan çürüme gibi durumlara karşı bitkilerin kendilerini savunma yeteneklerinin nasıl geliştirilebileceğini araştırıyor.
Bununla birlikte hurma ağaçlarının genomunu inceleyen Doç. Dr. Blilou, bu bitkilerin kurak topraklara ve yüksek çöl sıcaklıklarına nasıl uyum sağladığını anlamaya çalışıyor. Araştırmacı, bu araştırmanın, hurma ağaçlarının büyümesinde ve üretiminde bir dönüm noktası oluşturacak bilgiler vereceğini ve bunun da diğer mahsullerin su çıkarmasına ve tutmasına yardımcı olabileceğini umuyor.
Tahıl ürünlerinin iyileştirilmesi
Doç. Dr. Blilou, KAUST'ta Bitki Bilimleri Profesörü olan Salim Al-Babili tarafından yürütülen bazı temel araştırmalara da yer alıyor. Prof. Babili ve Doç. Dr. Blilou, özellikle fotosentetik organizmalarda hayati fonksiyonları yerine getiren pigmentler olan karotenoidlerin (carotenoids) bitkinin gelişimindeki rolü ile ilgili bir araştırmada, tahıl ürünlerinin büyümesini iyileştiren bir karotenoid metabolitini keşfetmek üzere birlikte çalıştılar. Bununla birlikte mahsul için oldukça tehlikeli olduğu bilinen, mahsulü sudan ve hayati besin maddelerinden yoksun bırakan ve yıllık yedi milyar dolar üzerinde kayba neden olan Striga cinsi menekşe otunun neden olduğu bitki hastalığıyla ilgili bir çalışma yürütüyorlar.
Prof. Babili ayrıca, çevredeki toprakta nitrojen bulunmadığında tutmuş bitki köklerinin oluşumunu düzenleyen bir karotenoidden türetilen başka bir metabolit keşfetti. Bu çalışmasında Duke Üniversitesi ile işbirliği yapan Prof. Babili, ‘beta-Cyclocitral7’ adı verilen karotenden türetilen bir metabolitin, kök büyümesinin bir düzenleyen bir madde olarak hareket ettiği ve bitkinin tuz stresine karşı toleransı sırasında tahılın büyümesini iyileştirdiği sonucuna vardı.
Prof. Babili konuyla ilgili şunları söyledi:
“Bu araştırma, insan oğlunun hayatta kalmasına yardımcı olacak temel bir çalışmadır. Pratik uygulamaların ortaya konulmasını sağlayan büyük buluşları ve keşifleri müjdeleyen birçok temel araştırmayla ilgili örnekler var. Şu anda iyi deneyimler elde edildiğini ve aynı zamanda bu deneyimleri yerinde anında analiz etme imkanı olduğunu görüyoruz.”
