-
يعيش أكثر من ربع جميع الأنواع في التربة.
-
يمكّن التنوع البيولوجي للتربة من الزراعة وتنقية المياه وعزل الكربون وغير ذلك.
-
تعمل شركة Trace Genomics الناشئة في مجال التكنولوجيا الحيوية بقيادة النساء على عكس تآكل التربة الذي يسببه الإنسان.
-
هذه المقالة جزء من “مكاسب في التكنولوجيا الخضراء، “سلسلة تعرض بعضًا من أكثر الحلول التحويلية لأزمة المناخ. لمزيد من أخبار العمل المناخي ، تفضل بزيارة Insider’s كوكب واحد مَركَز.
إذا كنت قد حملت جرامًا واحدًا من التربة ، فمن المحتمل أن يكون لديك أكثر من 10000 نوع في متناول يدك.
قد تتجاهل فكرة وجود مليارات البكتيريا والفطريات والمخلوقات التي تعمل تحت أقدامنا ، لكن الأوساخ هي موطن لشبكة حية يمكنها حماية المحاصيل والبشر من الأمراض وتنقية المياه والحفاظ عليها وتفكيك الملوثات وإزالة الكربون. ثاني أكسيد من الغلاف الجوي.
سواء بشكل مباشر أو غير مباشر ، فإننا نعتمد على التربة الصحية للحصول على 95٪ من طعامنا. يعيش أكثر من ربع جميع الأنواع في التربة ، وهذا الجهاز الموجود تحت الأرض له تأثير يتدفق إلى أعلى: تبدأ الحياة فوق الأرض مع المنطقة الأحيائية المجهري تحتها.
لكن لا يمكننا رؤيتها ، ولا نعرف الكثير عنها – ونحن ندمرها.
تؤدي الأنشطة البشرية مثل الزراعة وإزالة الغابات والرعي الجائر والبناء إلى تآكل التربة. إذا كان هذا فيلمًا من أفلام Marvel ، فنحن الأشرار الخارقون في إلغاء تنشيط مجال القوة حول العالم. حتى الأراضي الزراعية المحمية بتقنيات عدم الحراثة لا تزال تتآكل من 10 إلى 20 مرة أسرع من تكوّن التربة الجديدة.
تقدر الأمم المتحدة أن استعادة الأراضي ومنع فقدان التنوع البيولوجي وانبعاثات غازات الاحتباس الحراري من التربة يمكن أن تعني عائدًا اقتصاديًا يزيد عن 125 تريليون دولار سنويًا.
تحاول شركات بيانات التربة ، مثل شركة Trace Genomics الناشئة في ولاية آيوا ، مساعدة المزارعين على عكس هذا الاتجاه. أخبر المسؤولون التنفيذيون في Trace Insider أنهم جمعوا 56 مليون دولار منذ عام 2015 لتزويد المزارعين بالبيانات والتشخيصات حول التنوع البيولوجي في حقولهم.
بناء قاعدة بيانات الحمض النووي للتربة
بينما حدد البشر أكثر من 80٪ من الثدييات ، وفقًا لأحد التقديرات ، ربما حددنا 0.001٪ فقط من الأنواع الميكروبية. بعبارة أخرى ، من المحتمل وجود أنواع من الميكروبات على الأرض أكثر من النجوم في المجرة.
استجابة لهذا التحدي ، تتخصص Trace في الميتاجينوميات ، التي تستخدم تقنية مماثلة مثل التي قد يستخدمها الطبيب لاختبار ميكروبيوم معدة المريض. ولكن بدلاً من أخذ عينات من الميكروبات التي تدير صحة أمعائنا ، فإنها تهدف إلى تسلسل الحمض النووي لجميع الميكروبات في عينة التربة.
يعمل رئيس شركة Trace Genomics ، Poornima Parameswaran ، على تسلسل الحمض النووي منذ ما يقرب من عقدين من الزمن. أدركت أنها يمكن أن تستخدمها لسد فجوة المعلومات في صحة التربة والزراعة المستدامة.
“ما لم تعرف ما يوجد في التربة وإلى أن تعرف ما هو موجود في التربة ، كيف تعرف الفرص الموجودة وكيف تصنع منتجات تعزز التنوع البيولوجي ووظائف التربة الأخرى؟” قال Parameswaran.
تمتلك Trace واحدة من أكبر قواعد بيانات التربة الزراعية في العالم. تسمح إحدى الميزات لـ Trace بمنح المزارعين درجة بناءً على وجود التنوع البيولوجي والمياه والمغذيات والكربون في التربة. بناءً على هذه النتيجة ، يمكن للمستثمرين الحكم بشكل أفضل على استدامة التربة للمنتج المزروع هناك.
يستخدم Trace أيضًا بياناته لتقديم تحليلات يمكن للمزارعين استخدامها مباشرة. على سبيل المثال ، يمكن لـ Trace تحليل وظائف التربة مثل دورة المغذيات – حتى لو لم تكن تعرف اسم الكائنات الحية الدقيقة التي تقوم بهذه المهمة.
ليست محاصيلنا فقط هي التي ستستفيد من تعلمنا المزيد: لقد جاءت الاختراقات في الطب البشري مثل الستربتومايسين والمضادات الحيوية الأخرى من فطريات التربة والبكتيريا.
أدت فرصة المساعدة في مكافحة أمراض المحاصيل إلى قيام باراميسواران وديان وو ، الشريك المؤسس لها ، ببدء برنامج Trace Genomics في عام 2015. بدأ كلا الباحثين في جامعة ستانفورد في ذلك الوقت المشي في الحقول مع مزارعي التوت والخس المحليين. علموا أنه مع بدء الحظر على المواد الكيميائية ، كافح المزارعون لإيجاد بدائل لمعالجة حقولهم بشكل فعال.
قام الباحثان في البداية ببناء مختبر لتشخيص الأمراض في التوت والخس. بعد سبع سنوات ، يمكن لنظام Trace أن يقدم تقارير مرضية لأكثر من 70 محصولًا مختلفًا.
تزويد المزارعين بالبيانات لإدارة حقولهم بشكل أفضل
يزرع مايك تويل فول الصويا والذرة والبرسيم في مزرعته المملوكة لعائلته على حدود مينيسوتا وساوث داكوتا. على مدى السنوات الخمس الماضية ، كان يساعد Trace في جمع البيانات كجزء من برنامجه التجريبي.
في ذلك الوقت ، كان التحدي الذي يواجه Trace هو التركيز على التشخيصات المفيدة للمزارعين.
قال تويل: “في البداية ، كان الأمر مربكًا تقريبًا لأن هناك الكثير من المعلومات”.
يقوم عملاء Trace ، بما في ذلك Toelle ، بنقل حوالي ثلاث عينات من التربة من كل حقل من حقولهم إلى أكياس قهوة صغيرة ، ووضع علامة عليها باستخدام موقع GPS ، وإرسالها بالبريد إلى مختبر Trace في Ames ، أيوا.
من هناك ، يقوم علماء Trace باستخراج الحمض النووي من التربة وتشغيله من خلال آلة التسلسل – جهاز يبلغ وزنه 200 رطل تقريبًا يشبه طابعة مكتبية على الطاولة.
بعد تشغيل جهاز التسلسل لمدة 25 إلى 30 ساعة ، قاموا بتوليد ما يصل إلى خمسة غيغابايت من البيانات التي يقومون بتحليلها ، وتحميلها على نظامهم الأساسي الرقمي ، ومشاركتها مع المزارع بأشكال مختلفة ، مثل الخرائط المرمزة بالألوان.
تاريخياً ، كان المزارعون يتمتعون بإمكانية الوصول إلى الاختبارات الكيميائية لتربتهم ، والتي يمكن أن تعطي معلومات مثل وجود العناصر الغذائية أو حموضة الحقل. تقدم بعض الشركات تسلسل الحمض النووي لاختبار مجالات لأمراض معينة. لكن Trace هي واحدة من الشركات القليلة التي تحلل مجمل بيولوجيا المجال: مليارات المواطنين المجهرية الذين يعيشون في كل ملعقة كبيرة من التربة.
تسمح بيانات Trace حول السكان الأحياء في التربة بإخبار المزارعين بمعلومات جديدة حول صحة التربة الخاصة بهم ، مثل مدى قدرة حقولهم على الاحتفاظ بالمغذيات الأساسية بما في ذلك النيتروجين والفوسفور.
أخبر Toelle Insider أن بيانات Trace الخاصة بالمغذيات والأمراض ساعدته في تحديد كمية الأسمدة التي يجب نشرها وأنواع المحاصيل التي يجب زراعتها ، وكذلك مكان وضعها في حقوله.
قال تويل “كل تربة مختلفة”. “حتى داخل الحقل ، فإن تربتك مختلفة ، لذلك نحن بحاجة حقًا إلى فهم ما نقوم به حتى داخل حدود الحقل والحصول على معلومات دقيقة للغاية.”
يعمل جيسون ستيجينك ، مهندس زراعي يعمل كمستشار للمزارعين في غرب ميشيغان ، على جعل أكثر من نصف عملائه يستخدمون خدمة Trace.
في أحد المجالات ، أكد اختبار من Trace وجود فكرة استغرقته عامين حتى يلاحظها بدونها.
بينما أخبره اختبار كيميائي تقليدي أن هناك الكثير من العناصر الغذائية في الحقل ، أدرك أن محصوله كان ينمو بشكل غير متساو. لقد احتاج إلى إضافة المزيد من الأسمدة لأن الصحة الميكروبيولوجية المنخفضة كانت تمنع مشاركة العناصر الغذائية في جميع أنحاء التربة.
قال ستيجينك “بيانات التتبع أخبرتنا بذلك في لقطة واحدة”.
لكن دقة Trace تأتي بسعر عشرة أضعاف. حيث قد يؤدي اختبار كيميائي له إلى تشغيل 20 دولارًا ، يمكن أن يؤدي اختبار Trace إلى تشغيله بمبلغ 200 دولار.
ومع ذلك ، فإن تكلفة تسلسل الحمض النووي انخفضت منذ مطلع القرن. بينما يكلف تسلسل الجينوم البشري أكثر من 100000 دولار في عام 2000 ، فإن الأسعار الحالية عادة ما تكون أقل من 1000 دولار.
مساعدة المزارعين والمطورين على تحديد الاستدامة
بينما يحاول المزارعون زيادة الإنتاج وتقليل النفايات ، يمكن أن تساعدهم رؤى التربة مثل تلك الموجودة في Trace على تحديد المحاصيل والأسمدة والمواد الكيميائية التي يجب نشرها وأين.
على سبيل المثال ، يمكن للمزارعين دمج البيانات من Trace ، أو شركات بيانات التربة المماثلة بما في ذلك Pattern Ag و Biome Makers ، مع تقنيات الزراعة الدقيقة مثل الجرارات المستقلة التي تعمل على أنظمة GPS.
وللابتعاد عن الأسمدة ، وهي موارد محدودة وتتطلب سلاسل تعدين ونقل ضخمة ، يمكن للصناعة الزراعية استخدام المعلومات من Trace لاختبار البدائل الصديقة للبيئة مثل المواد البيولوجية. تشمل هذه المنتجات العضوية الكائنات الحية الدقيقة والحشرات والمستخلصات النباتية التي يمكن أن تحل محل الحاجة إلى الأسمدة العامة عن طريق تجديد الشبكة الحية في التربة.
مع توقع وصول سوق البيولوجيا الزراعية إلى ما يقرب من 30 مليار دولار بحلول عام 2029 ، فمن المؤكد أن المزيد من الأنظار ستتجه إلى الصناعة أكثر من ذي قبل.
قال ستيجينك: “تعد Trace واحدة من القطع التي قد تكون قادرة على المساعدة ليس فقط في التحقق من بعض هذه المنتجات في فعاليتها ولكن أيضًا تستهدف دمجنا لبعض هذه المنتجات”.
اتفق Toelle و Stegink على أن سعر ودقة Trace ستتحسن بمرور الوقت.
تمامًا كما تعمل تقنيات مثل تسلسل الميكروبيوم والبروبيوتيك على ابتكار الطريقة التي يواجه بها المرضى زيارات الطبيب ، تعمل شركات مثل Trace على جلب نفس التقنية إلى معالجة التربة.
قال ستيجينك: “إذا تمكنا من معالجة الأمور في المستقبل بشكل إلزامي ، فسيكون كل شيء أفضل”. “أداؤنا أفضل في هذا المجال. تكلفتنا أفضل. تأثيرنا البيئي أفضل.”
اقرأ المقال الأصلي على موقع Business Insider