Việc đốt nhiên liệu hóa thạch và các hoạt động khác của con người đã làm tăng lượng CO2 giữ nhiệt trong bầu khí quyển Trái đất lên hơn 50% so với 200 năm trước. Tuy nhiên, con số này chỉ chiếm tỷ lệ tương đối nhỏ trong tổng lượng khí nhà kính mà nền văn minh nhân loại đã thải ra trong thời kỳ đó. May mắn thay, thực vật đã giảm bớt tác động bằng cách hấp thụ hàng tỷ tấn khí nhà kính mỗi năm.
Việc đốt nhiên liệu hóa thạch và các hoạt động khác của con người đã làm tăng lượng CO2 giữ nhiệt trong bầu khí quyển Trái đất lên hơn 50% so với 200 năm trước. Tuy nhiên, con số này chỉ chiếm tỷ lệ tương đối nhỏ trong tổng lượng khí nhà kính mà nền văn minh nhân loại đã thải ra trong thời kỳ đó. May mắn thay, thực vật đã giảm bớt tác động bằng cách hấp thụ hàng tỷ tấn khí nhà kính mỗi năm.
Một số nhà khoa học coi thực vật là một trong những giải pháp hữu hiệu nhất nhằm giảm thiểu tình trạng biến đổi khí hậu. Khi thực vật hấp thụ ánh sáng mặt trời và biến nó thành năng lượng hóa học – hay còn gọi là quá trình quang hợp – chúng hấp thụ carbon một cách tự nhiên và lưu trữ trong các tế bào của cành, thân và rễ cây. Chúng ta thậm chí có thể lai tạo các giống cây trồng mới có khả năng hấp thụ một lượng lớn CO2 hơn trong không khí.
Đây chính là ý tưởng đằng sau nghiên cứu của nhà sinh học thực vật Wolfgang Busch cùng các đồng nghiệp của ông tại Viện Sinh học Salk ở San Diego, Hoa Kỳ. Họ hy vọng có thể làm chậm lại, thậm chí là đảo ngược tình trạng biến đổi khí hậu trong những năm tới bằng cách tạo ra những loại cây lương thực có khả năng hấp thụ carbon tốt hơn. Hiện tại thế giới đang sản xuất một lượng lớn lúa mì, gạo, ngô và các loại ngũ cóc khác, do đó, khi tạo ra cải tiến nhỏ trên những loại cây này cũng có thể hạn chế một lượng lớn CO2 thải ra khí quyển.
Ảnh: Cây lương thực như ngô hấp thụ carbon dioxide (Nguồn: Better Planet)
Trong 5 năm qua, Busch, một trong những chuyên gia hàng đầu thế giới về sinh học rễ cây, đã phát triển dự án “Sáng kiến khai thác thực vật” (HPI) của Salk với quy mô rộng hơn cùng sự hỗ trợ của hơn 85 nhà khoa học và nhiều cơ quan hợp tác trên toàn cầu. HPI đã nhận được hơn 85 triệu USD từ các nhà tài trợ danh tiếng bao gồm: Jeff Bezos của Amazon; John Hess, Giám đốc điều hành Tập đoàn Hess và Dự án Audacious của TED. Mùa xuân năm nay, Hess đã đồng ý đầu tư thêm 50 triệu USD.
Mặc dù nhóm làm việc của Busch đang sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen mới để tìm ra tổ hợp gen phù hợp giúp gia tăng khả năng hấp thụ carbon ở cây trồng, nhưng một khi họ tìm thấy những gen đó, hạt giống của những cây trồng có thể được tạo ra bằng các kỹ thuật nhân giống thông thường – điều này sẽ tránh được những hạn chế về quy định liên quan tới cây trồng biến đổi gen (BĐG) tại Châu Âu và một số thị trường khác.
Việc loại bỏ vĩnh viễn carbon khỏi khí quyển—được gọi là thu hồi và cô lập carbon—cùng với việc hạn chế khí thải, đóng vai trò quan trọng trong nỗ lực làm chậm tốc độ biến đổi khí hậu. Trang tin Newsweek đã có dịp trò chuyện với Busch về tầm nhìn của ông cũng như độ khả thi của dự án. Dưới đây là trích bài phỏng vấn với ông.
Ông có thể chia sẻ ý tưởng đằng sau dự án này không?
Để giải quyết khủng hoảng khí hậu, chúng ta cần hạn chế phát thải khi CO2 ra môi trường. Nhưng đồng thời, chúng ta cũng phải tách được càng nhiều CO2 ra khỏi không khí càng tốt. Các giải pháp có thể làm được điều này không nhiều. Việc thiết kế các công nghệ thu giữ carbon tốn rất nhiều chi phí. Thách thức ở đây là chúng ta có thể nhân rộng quy mô của công nghệ này nhanh đến đâu.
Mỗi giây trôi qua, thực vật lấy một lượng lớn CO2 ra khỏi khí quyển. Khi một cái cây quang hợp, nó lấy năng lượng của ánh sáng mặt trời, sau đó lấy CO2 từ khí quyển và biến khí CO2 thành vật liệu sinh học— đó là lá, thân và rễ của thực vật – những thứ chúng ta tiêu thụ làm thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và chất xơ. Nếu chúng ta có thể làm cho cây trồng lưu trữ cacbon vào đất tốt hơn và giữ nó ở đó lâu hơn thì đó sẽ là một giải pháp vô cùng hiệu quả và dễ áp dụng.
Ông dự định thực hiện giải pháp này như thế nào?
Hiện tại, chúng tôi đang tập trung vào ba đặc tính riêng biệt giúp thực vật đưa nhiều carbon hơn vào đất và lưu trữ lâu hơn. Tất cả đều liên quan đến hệ thống rễ. Mỗi gram nguyên liệu rễ mà thực vật tạo ra có khoảng 41% cacbon, thậm chí nhiều hơn.
Một trong ba đặc tính tôi vừa đề cập đến là kích thước—chúng tôi muốn gia tăng kích thước của rễ cây. Chúng tôi cũng muốn đảm bảo carbon không bị phân hủy nhanh để tồn tại trong đất lâu hơn. Một trong những phương pháp để đạt được điều này là giúp rễ cây cắm sâu hơn vào mặt đất. Càng đi sâu vào đất, càng có ít oxy dành cho vi khuẩn phân hủy rễ cây. Bên cạnh đó, chúng tôi muốn thay đổi thành phần hóa học của rễ cây. Một trong những dạng carbon ổn định nhất mà rễ tạo ra một cách tự nhiên trong mô của chúng là suberin, hay còn gọi là lớp bần. Suberin giữ nước và ngăn vi khuẩn xâm nhập. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh suberin có khả năng tồn tại lâu hơn trong đất.
Bằng cách tập trung vào ba đặc điểm—khối lượng rễ, độ sâu của rễ và hàm lượng suberin—tôi tin chúng tôi có thể tạo ra sự khác biệt lớn về khối lượng và thời gian cacbon được cây trồng đưa vào đất.
Ông tìm kiếm loại cây trồng phù hợp bằng cách nào?
Khi nhìn vào thế giới hiện nay với lượng dân số ngày càng gia tăng, nhu cầu lương thực và chất xơ cũng tăng lên tương ứng, trong khi đó diện tích đất trồng lại hữu hạn. Đó là lý do chúng tôi tin rằng nếu chọn các cây lương thực, chúng tôi sẽ có thể giải quyết cùng lúc hai vấn đề: vừa ứng phó với biến đổi khí hậu, vừa có thể giải quyết nhu cầu sản xuất thêm lương thực, thức ăn và chất xơ trên cùng một diện tích đất trồng. Chúng tôi chọn ra sáu loại cây lương thực phổ biến nhất: ngô, gạo, lúa mì, đậu nành, cải dầu và lúa miến. Giải pháp cô lập carbon này không chiếm dụng đất sản xuất mà làm đất giàu dinh dưỡng hơn thông qua cải thiện hàm lượng đất. Có thể nói, đây chính là một chiến thắng “kép”.
Chính xác thì chúng ta thải ra bao nhiêu CO2 mỗi năm? Và cây trồng mới của ông có thể giảm được bao nhiêu CO2?
Mỗi năm, chúng ta thải ra khoảng 37 gigatons—khoảng 37 tỷ tấn—CO2 vào khí quyển. Con số rất khủng khiếp. Nhưng bản thân thiên nhiên cũng phụ thuộc rất nhiều vào carbon, chủ yếu là thực vật và quá trình quang hợp. Trong đó, khoảng 746 tỷ tấn CO2 được tách khỏi khí quyển mỗi năm. Vấn đề là thực vật không sinh sôi vào mùa đông và vật chất bị phân hủy từ thực vật sẽ giải phóng 727 tỷ tấn CO2 trở lại bầu khí quyển.
Nói cách khác, về cơ bản, thiên nhiên chính là cỗ máy điều hòa chất CO2 tự nhiên—hấp thụ 746 gigatons, sau đó giải phóng 727 gigatons. Cuối cùng, chúng ta sẽ ở trong một chu kỳ giảm lượng CO2 khoảng 19 tỷ tấn mỗi năm.
Vì con người thải ra 37 tỷ tấn CO2 mỗi năm nên hàng năm sẽ có khoảng 18 tỷ tấn CO2 tích tụ trong khí quyển. Kể từ cuộc cách mạng công nghiệp, khoảng 900 gigatons đã được thải ra bầu khí quyển do hoạt động của con người. Nếu so sánh 18 tỷ tấn mà thiên nhiên không xử lý với số lượng khổng lồ—746 tỷ tấn mà thiên nhiên đã hấp thụ—thì con số này thực ra không đáng kể. Vì vậy, nếu “nâng cấp” thiên nhiên thành công, chúng ta thực sự có thể giải quyết được vấn đề khí thải.
Ông ước tính Dự án khai thác cây trồng có thể xử lý bao nhiêu CO2?
Chúng tôi ước tính có thể lưu trữ một nửa lượng khí thải dư thừa mỗi năm trong thực vật và đất nếu chúng tôi sử dụng sáu loại cây trồng phổ biến nhất được trồng ở khắp mọi nơi: ngô, gạo, lúa mì, đậu tương, cải dầu và lúa miến. Tất nhiên, đó là một phép tính rất sơ bộ và chúng tôi đang làm việc rất chăm chỉ để phát triển mô hình chính xác hơn. Có thể nói đây là một mục tiêu rất tham vọng.
Tiến độ dự án đang ở giai đoạn nào, thưa ông?
Cho đến nay, chúng tôi đã xác định được hơn một trăm mã gen tiềm năng mà chúng tôi tin là có lợi thế. Đầu tiên, chúng tôi nghiên cứu các cây mô hình của Arabidopsis thaliana. Đây là giống cây đã được các nhà khoa học nghiên cứu gần một trăm năm nay. Sau khi xác định được các mã gen ở các giống cây nhỏ hơn, chúng tôi chuyển sang các giống cây trồng và tìm kiếm những mã gen tương tự, để khi biến đổi chúng thì hiệu quả xử lý khí CO2 vẫn giữ nguyên.
Chúng tôi cũng đang nghiên cứu trực tiếp trên các loại cây trồng. Chúng tôi có hàng trăm chủng loại cây trồng từ khắp nơi trên thế giới có tính đa dạng di truyền cao. Và chúng tôi mô tả đặc điểm hệ thống rễ của chúng, để xác định những giống nào đã có những đặc điểm có lợi mà những giống phổ biến chúng ta thường dùng không có. Bằng cách tiếp cận này, chúng tôi phát hiện được những giống cây có bộ rễ ăn rất sâu. Sau đó, chúng tôi sử dụng phương pháp di truyền tiên tiến để xác định đâu là gen chịu trách nhiệm để thực hiện những thay đổi di truyền này.
Chúng tôi đặt mục tiêu có ít nhất 50 gen tiềm năng cho mỗi tính trạng: rễ sâu hơn, kích thước và hàm lượng suberin lớn hơn. Dự án đang trên đà phát triển tích cực và hy vọng là trong một hoặc hai năm nữa sẽ đạt được con số này.
Các tập đoàn và những nhà phân phối hạt giống thương mại lớn có quan tâm đến dự án này không? Còn nông dân – những người mua sản phẩm của những tập đoàn này và trực tiếp trồng trọt thì sao?
Đúng vậy, cả công ty lớn và nhỏ đều rất hứng thú với dự án này. Họ nhận thức được tầm quan trọng của bền vững. Tôi cũng đã nói chuyện với nông dân ở Trung Tây và những nơi khác, họ bày tỏ thái độ rất tích cực. Các chính trị gia cũng vậy, vì đây là điều đôi bên cùng có lợi. Thách thức ở đây là, làm thế nào để tạo động lực về tài chính để lựa chọn và đầu tư cho giải pháp này? Các công ty phân phối hạt giống chỉ bán và phát triển những sản phẩm mà họ tin rằng nông dân sẽ mua ở quy mô lớn. Và vì vậy, chúng ta cần tìm cách khuyến khích mong muốn cô lập của nông dân, vì nếu không, sao họ phải thay đổi loại hạt giống họ đang quen trồng để mạo hiểm thử những loại mới?
Thị trường carbon đã có mặt ở một vài nơi. Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để chúng ta đo lường, báo cáo và xác minh lượng carbon mà người nông dân đã lưu trữ trên cánh đồng của họ và chúng ta tính đến rủi ro lượng carbon đó được thải ra như thế nào? Thực tế, đây là thách thức có thể giải quyết được.
Ông có thể chia sẻ khung thời gian của dự án này được không?
Một trong những mục tiêu của chúng tôi là trong vòng 5 năm tới sẽ cô lập được một triệu tấn CO2, có thể bằng các loại cây trồng nhỏ hơn, thích hợp hơn. Để đạt được phạm vi tác động trên toàn cầu, thì phải mất nhanh nhất là từ 13 đến 15 năm. Tùy vào việc liệu thị trường carbon có thể được kết nối sớm với ngành nông nghiệp hay không để các tập đoàn nông nghiệp lớn và nông dân quan tâm đến những loại cây trồng này và sinh ra nhu cầu. Nếu điều này thành sự thật, có nghĩa là cây trồng được cải tiến về mặt di truyền có thể lan rộng ra toàn cầu với tốc độ chóng mặt. Ví dụ điển hình là cây đậu tương BĐG kháng thuốc trừ cỏ trong vòng 10 năm đã được sử dụng trên diện rộng như thế nào.
Điều kiện để đạt được mục tiêu ông vừa nói là gì?
Chìa khóa ở đây là xác định các phương pháp giúp cải thiện di truyền cho những loại cây trồng này mà vẫn cho năng suất tương tự để nông dân tự tin canh tác. Đây là giải pháp giúp tôi đạt được mục tiêu như đã nói.
Chúng tôi cũng cần có phương pháp theo dõi tiến trình hiệu quả. Chúng tôi phát triển các công nghệ có thể đo lường hiệu quả hệ thống rễ cây để có thể định lượng tác động của việc cải thiện di truyền lên các đặc tính của cây trồng.
Phương pháp ông vừa đề cập hoạt động như thế nào?
Chúng tôi đã phát triển các kỹ thuật hình ảnh mới cho phép chúng tôi chụp hàng trăm loại cây mỗi ngày. Sau đó, chúng tôi sử dụng AI và kỹ thuật máy học để phân tích hàng trăm nghìn hình ảnh về độ sâu và rộng của rễ cây. Chúng tôi có hệ thống camera 360 độ để quay lại quá trình phát triển của cây trong môi trường gel trong suốt theo cấu trúc hình trụ. Chúng tôi chụp ảnh từ mọi góc độ, sau đó thông qua các phương pháp tính toán, tái tạo lại hệ thống rễ 3D để nghiên cứu cách hệ thống rễ cây phát triển.
Chúng tôi cũng có hệ thống chụp X-quang tại chỗ để có thể đo hệ thống rễ trong đất. Tại nhiều địa điểm nghiên cứu thực địa, chúng tôi đã thử nghiệm trồng các loại cây mà chúng tôi dự đoán sẽ tạo ra hệ thống rễ sâu và rộng hơn trên đồng ruộng. Đồng thời, chúng tôi cũng đào hệ thống rễ và sử dụng các thiết bị điện tử để theo dõi sự phát triển của hệ thống rễ cây trong đất.
Liệu việc chỉnh sửa gen có cản trở việc áp dụng ở châu Âu không, thưa ông?
Một khi chúng tôi phát hiện ra mã gen phù hợp, chúng tôi có thể sử dụng các chương trình nhân giống hiện đại để chỉnh sửa gen. Quá trình này sẽ mất nhiều thời gian hơn. Nghiên cứu của chúng tôi có thể hoàn thành bằng cách sử dụng các kỹ thuật nhân giống tiên tiến phổ biến toàn cầu. Đây cũng là cách người ta đã nhân giống trong nhiều thế kỷ.
Ông có lạc quan về việc giảm thiểu biến đổi khí hậu không?
Dù chúng ta có thành công hay không thì Trái Đất chắc chắn vẫn sẽ nóng lên. Một vài khu vực trên thế giới sẽ gặp rất nhiều khó khăn. Nhưng tôi thực sự tin rằng chúng ta vẫn có thể hạn chế sự nóng lên toàn cầu ở mức 1,5 hoặc 2 độ C. Quá trình này sẽ rất khó khăn. Trong vòng 50 năm nữa, trái đất vẫn sẽ là nơi đáng sống nếu các nền kinh tế lớn sản xuất bền vững hơn. Tuy nhiên, hậu quả của nóng lên toàn cầu thì đã ngay gần kề trước mắt.
Bình luận