宇宙での栽培技術を地球に応用!未来の食糧生産の可能性

テクノロジー

We’re heading for a world population of 10 billion people — but what will we all eat? Lisa Dyson rediscovered an idea developed by NASA in the 1960s for deep-space travel, and it could be the key to reinventing how we grow food.

世界人口は100億人に向かっていますが、我々はみんな何を食べるのでしょうか?

リサ・ダイソンは、NASAが1960年代に宇宙旅行のために開発したアイデアを再発見しました。そして、それは食料生産方法を再発明する鍵となるかもしれません。

タイトル
A forgotten Space Age technology could change how we grow food
忘れ去られた宇宙時代のテクノロジーは私たちの食糧栽培方法を変える可能性がある
スピーカー リサ・ダイソン
アップロード 2016/08/25

「忘れ去られた宇宙時代のテクノロジーは、私たちの食糧栽培方法を変える可能性がある(A forgotten Space Age technology could change how we grow food)」の文字起こし

Imagine you are a part of a crew of astronauts traveling to Mars or some distant planet. The travel time could take a year or even longer. The space on board and the resources would be limited. So you and the crew would have to figure out how to produce food with minimal inputs.

What if you could bring with you just a few packets of seeds, and grow crops in a matter of hours? And what if those crops would then make more seeds, enabling you to feed the entire crew with just those few packets of seeds for the duration of the trip? Well, the scientists at NASA actually figured out a way to do this. What they came up with was actually quite interesting. It involved microorganisms, which are single-celled organisms. And they also used hydrogen from water. The types of microbes that they used were called hydrogenotrophs, and with these hydrogenotrophs, you can create a virtuous carbon cycle that would sustain life onboard a spacecraft.

Astronauts would breathe out carbon dioxide, that carbon dioxide would then be captured by the microbes and converted into a nutritious, carbon-rich crop. The astronauts would then eat that carbon-rich crop and exhale the carbon out in the form of carbon dioxide, which would then be captured by the microbes, to create a nutritious crop, which then would be exhaled in the form of carbon dioxide by the astronauts. So in this way, a closed-loop carbon cycle is created.

So why is this important? We need carbon to survive as humans, and we get our carbon from food. On a long space journey, you simply wouldn’t be able to pick up any carbon along the way, so you’d have to figure out how to recycle it on board. This is a clever solution, right? But the thing is, that research didn’t really go anywhere. We haven’t yet gone to Mars. We haven’t yet gone to another planet. And this was actually done in the ’60s and ’70s.

So a colleague of mine, Dr. John Reed, and I, were interested, actually, in carbon recycling here on Earth. We wanted to come up with technical solutions to address climate change. And we discovered this research by reading some papers published in the ’60s — 1967 and later — articles about this work. And we thought it was a really good idea. So we said, well, Earth is actually like a spaceship. We have limited space and limited resources, and on Earth, we really do need to figure out how to recycle our carbon better.

So we had the idea, can we take some of these NASA-type ideas and apply them to our carbon problem here on Earth? Could we cultivate these NASA-type microbes in order to make valuable products here on Earth? We started a company to do it. And in that company, we discovered that these hydrogenotrophs — which I’ll actually call nature’s supercharged carbon recyclers — we found that they are a powerful class of microbes that had been largely overlooked and understudied, and that they could make some really valuable products.

So we began cultivating these products, these microbes, in our lab. We found that we can make essential amino acids from carbon dioxide using these microbes.

And we even made a protein-rich meal that has an amino acid profile similar to what you might find in some animal proteins. We began cultivating them even further, and we found that we can make oil. Oils are used to manufacture many products. We made an oil that was similar to a citrus oil, which can be used for flavoring and for fragrances, but it also can be used as a biodegradable cleaner or even as a jet fuel. And we made an oil that’s similar to palm oil. Palm oil is used to manufacture a wide range of consumer and industrial goods.

We began working with manufacturers to scale up this technology, and we’re currently working with them to bring some of these products to market. We believe this type of technology can indeed help us profitably recycle carbon dioxide into valuable products — something that’s beneficial for the planet but also beneficial for business. That’s what we’re doing today. But tomorrow, this type of technology and using these types of microbes actually could help us do something even greater if we take it to the next level.

We believe that this type of technology can actually help us address an issue with agriculture and allow us to create a type of agriculture that’s sustainable, that will allow us to scale to meet the demands of tomorrow. And why might we need a sustainable agriculture? Well, actually, it is estimated that the population will reach about 10 billion by 2050, and we’re projecting that we will need to increase food production by 70 percent. In addition, we will need many more resources and raw materials to make consumer goods and industrial goods.

So how will we scale to meet that demand? Well, modern agriculture simply cannot sustainably scale to meet that demand. There are a number of reasons why. One of them is that modern agriculture is one of the largest emitters of greenhouse gases. In fact, it emits more greenhouse gases than our cars, our trucks, our planes and our trains combined. Another reason is that modern ag simply takes up a whole lot of land. We have cleared 19.4 million square miles for crops and livestock. What does that look like? Well, that’s roughly the size of South America and Africa combined.

Let me give you a specific example. In Indonesia, an amount of virgin rainforest was cleared totaling the size of approximately Ireland, between 2000 and 2012. Just think of all of the species, the diversity, that was removed in the process, whether plant life, insects or animal life. And a natural carbon sink was also removed. So let me make this real for you. This clearing happened primarily to make room for palm plantations. And as I mentioned before, palm oil is used to manufacture many products.

In fact, it is estimated that over 50 percent of consumer products are manufactured using palm oil. And that includes things like ice cream, cookies … It includes cooking oils. It also includes detergents, lotions, soaps. You and I both probably have numerous items in our kitchens and our bathrooms that were manufactured using palm oil. So you and I are direct beneficiaries of removed rainforests.

Modern ag has some problems, and we need solutions if we want to scale sustainably. I believe that microbes can be a part of the answer — specifically, these supercharged carbon recyclers. These supercharged carbon recyclers, like plants, serve as the natural recyclers in their ecosystems where they thrive. And they thrive in exotic places on Earth, like hydrothermal vents and hot springs. In those ecosystems, they take carbon and recycle it into the nutrients needed for those ecosystems. And they’re rich in nutrients, such as oils and proteins, minerals and carbohydrates. And actually, microbes are already an integral part of our everyday lives.

If you enjoy a glass of pinot noir on a Friday night, after a long, hard work week, then you are enjoying a product of microbes. If you enjoy a beer from your local microbrewery — a product of microbes. Or bread, or cheese, or yogurt. These are all products of microbes. But the beauty and power associated with these supercharged carbon recyclers lies in the fact that they can actually produce in a matter of hours versus months. That means we can make crops much faster than we’re making them today. They grow in the dark, so they can grow in any season and in any geography and any location. They can grow in containers that require minimal space. And we can get to a type of vertical agriculture. Instead of our traditional horizontal agriculture that requires so much land, we can scale vertically, and as a result produce much more product per area.

If we implement this type of approach and use these carbon recyclers, then we wouldn’t have to remove any more rainforests to make the food and the goods that we consume. Because, at a large scale, you can actually make 10,000 times more output per land area than you could — for instance, if you used soybeans — if you planted soybeans on that same area of land over a period of a year. Ten thousand times over a period of a year. So this is what I mean by a new type of agriculture. And this is what I mean by developing a system that allows us to sustainably scale to meet the demands of 10 billion.

And what would be the products of this new type of agriculture? Well, we’ve already made a protein meal, so you can imagine something similar to a soybean meal, or even cornmeal, or wheat flour. We’ve already made oils, so you can imagine something similar to coconut oil or olive oil or soybean oil. So this type of crop can actually produce the nutrients that would give us pasta and bread, cakes, nutritional items of many sorts. Furthermore, since oil is used to manufacture multiple other goods, industrial products and consumer products, you can imagine being able to make detergents, soaps, lotions, etc., using these types of crops.

Not only are we running out of space, but if we continue to operate under the status quo with modern agriculture, we run the risk of robbing our progeny of a beautiful planet. But it doesn’t have to be this way. We can imagine a future of abundance. Let us create systems that keep planet Earth, our spaceship, not only from not crashing, but let us also develop systems and ways of living that will be beneficial to the lives of ourselves and the 10 billion that will be on this planet by 2050. Thank you very much.

「忘れ去られた宇宙時代のテクノロジーは、私たちの食糧栽培方法を変える可能性がある(A forgotten Space Age technology could change how we grow food)」の和訳

想像してみてください。あなたは火星や遠くの惑星に向かう宇宙飛行士のクルーの一員です。旅行時間は1年、あるいはそれ以上かかるかもしれません。機内のスペースや資源は限られているので、最小限の投入物で食料を生産する方法を見つけなければなりません。

もし、数袋の種を持っていくだけで、数時間で作物を育てることができたらどうでしょう?そして、その作物がさらに種を作り出し、その数袋の種だけで旅の間中、クルー全員を養うことができたら?実は、NASAの科学者たちはこれを実現する方法を見つけました。その方法は非常に興味深いものでした。単細胞生物である微生物を利用し、水から水素を取り出しました。彼らが使った微生物の種類は「水素栄養菌」と呼ばれるもので、これらの水素栄養菌を使うことで、宇宙船内で生命を維持するための良循環の炭素サイクルを作り出すことができます。

宇宙飛行士は二酸化炭素を吐き出し、その二酸化炭素は微生物によって捕らえられ、栄養豊富な炭素を含んだ作物に変換されます。宇宙飛行士はその栄養豊富な作物を食べ、その後、炭素を二酸化炭素の形で吐き出します。その二酸化炭素は再び微生物によって捕らえられ、栄養豊富な作物が作られ、再び宇宙飛行士によって二酸化炭素の形で吐き出される。このようにして、閉じた炭素循環が作り出されるのです。

なぜこれが重要なのでしょうか?私たち人間は生きていくために炭素を必要とし、その炭素は食べ物から得ています。長い宇宙旅行では途中で炭素を補給することができないので、船内で炭素をリサイクルする方法を見つけなければなりません。これは巧妙な解決策ですよね?しかし、この研究は実際にはあまり進展しませんでした。私たちはまだ火星に行っていませんし、他の惑星にも行っていません。そして、実際この研究は1960年代と70年代に行われたものでした。

それで、私の同僚であるジョン・リード博士と私は、地球での炭素リサイクルに関心を持ちました。気候変動に対処するための技術的な解決策を見つけたいと思ったのです。そして、1960年代に発表された論文を読んでこの研究を発見しました。1967年以降の記事です。このアイデアは本当に良いと思いました。それで、「地球は実際には宇宙船のようなものだ」と考えました。限られた空間と限られた資源があり、地球上でも炭素をより良くリサイクルする方法を見つける必要があるのです。

それで、NASAのアイデアを地球上の炭素問題に応用できるかどうか考えました。これらのNASA型の微生物を地球上で価値のある製品を作るために培養できるかどうかです。私たちはそのための会社を設立しました。そして、その会社で、水素栄養菌という自然の超強力な炭素リサイクラーを発見しました。この微生物はこれまでほとんど見過ごされ、研究されていませんでしたが、非常に価値のある製品を作ることができることがわかりました。

それで、私たちはこれらの微生物を使って実験室で製品を培養し始めました。炭酸ガスからこれらの微生物を使って必須アミノ酸を作り出すことができることがわかりました。

さらに、アミノ酸のプロファイルが動物性タンパク質に近いタンパク質豊富な食事も作りました。それをさらに進めて、油も作ることができることを発見しました。油は多くの製品を製造するために使われます。私たちは、香りやフレーバーとして使える柑橘系の油に似たものを作りましたが、それは生分解性のクリーナーやジェット燃料としても使用できます。また、パーム油に似た油も作りました。パーム油は、多くの消費者製品や工業製品を製造するために使われています。

私たちは、この技術をスケールアップするために製造業者と協力し、現在いくつかの製品を市場に出すために取り組んでいます。このような技術が、二酸化炭素を価値のある製品に収益性の高い形でリサイクルするのに役立つと信じています。これは地球にとって有益であるだけでなく、ビジネスにとっても有益です。これが今日私たちが行っていることです。しかし、明日には、この技術とこれらの微生物を使うことで、さらに大きなことを実現できると考えています。

私たちは、この技術が農業の問題を解決し、将来の需要に対応するためにスケールアップできる持続可能な農業を創出するのに役立つと信じています。なぜ持続可能な農業が必要なのでしょうか?実際には、2050年までに世界人口が約100億人に達すると予測されており、食料生産を70%増加させる必要があります。それに加えて、消費者製品や工業製品を作るための多くの資源と原材料が必要になります。

それでは、その需要をどのようにして満たすのでしょうか?実は、現代の農業は持続可能な形でその需要に対応することができません。理由はいくつかあります。その一つは、現代農業が温室効果ガスの最大の排出源の一つであることです。実際、現代農業は自動車、トラック、飛行機、電車を合わせたよりも多くの温室効果ガスを排出しています。もう一つの理由は、現代農業が非常に多くの土地を占有していることです。私たちは作物や家畜のために約1940万平方マイルの土地を開墾しました。これはどれくらいの広さでしょうか?おおよそ、南アメリカとアフリカを合わせた広さに相当します。

具体的な例を挙げましょう。インドネシアでは、2000年から2012年の間にアイルランドほどの広さの未開の熱帯雨林が開墾されました。考えてみてください。その過程でどれだけ多くの種、つまり植物、昆虫、動物の多様性が失われたことでしょうか。また、自然の炭素吸収源も失われました。

では、このことを具体的にお話しします。この開墾は主にパームプランテーションのために行われました。そして前述したように、パーム油は多くの製品の製造に使用されています。

実際、消費者製品の50%以上がパーム油を使って製造されているとされています。これには、アイスクリームやクッキー、調理油、洗剤、ローション、石鹸などが含まれます。私たちの台所や浴室には、パーム油を使って製造された製品が数多く存在しているでしょう。つまり、私たち自身が熱帯雨林が取り除かれた恩恵を直接受けているのです。

現代の農業にはいくつかの問題があります。そして、持続可能に拡大したいのであれば、解決策が必要です。私は、微生物がその解決策の一部になれると信じています。具体的には、これらの「スーパー炭素リサイクラー」です。このスーパー炭素リサイクラーは、植物のように、自分たちが繁栄する生態系の中で自然なリサイクラーとして機能します。彼らは、海底の熱水噴出孔や温泉のようなエキゾチックな場所で繁栄します。これらの生態系では、炭素を取り込み、それを必要な栄養素にリサイクルします。そして、これらの微生物は、油脂やタンパク質、ミネラル、炭水化物などの豊富な栄養素を含んでいます。実際、微生物はすでに私たちの日常生活の一部となっています。

例えば、金曜日の夜に長い一週間の仕事を終えてピノ・ノワールを楽しむのであれば、それは微生物の産物を楽しんでいることになります。地元のマイクロブルワリーからのビールを楽しむ場合も、微生物の産物です。パンやチーズ、ヨーグルトも同様に、すべて微生物の産物です。しかし、これらのスーパー炭素リサイクラーの美しさと力は、実際に数時間で作物を生産できることにあります。現在の作物生産が数か月かかるのに対し、微生物は数時間で作物を作ることができます。さらに、暗闇の中で育つため、どの季節でも、どの地理的場所でも育てることができます。わずかなスペースしか必要としない容器で育てることができ、垂直農業に移行することが可能です。従来の大量の土地を必要とする水平農業に代わり、垂直に拡大することで、同じ面積でより多くの作物を生産できるようになります。

このアプローチを採用し、これらの炭素リサイクラーを使用することで、消費する食品や製品を作るためにさらに熱帯雨林を取り除く必要はなくなります。なぜなら、大規模に運用すれば、例えば大豆を使った場合と比較して、同じ土地面積で1年間に1万倍の出力を得ることができるからです。これが、新しいタイプの農業の意味するところであり、10億人の需要に持続可能に対応するためのシステムを開発することの意味です。

そして、この新しいタイプの農業の産物はどのようなものでしょうか? 既にプロテインミールを作成しているので、大豆ミールやコーンミール、小麦粉のようなものを想像できます。また、既にオイルも作成しているので、ココナッツオイルやオリーブオイル、大豆油のようなものも想像できます。つまり、この種の作物は、パスタやパン、ケーキ、様々な栄養食品を提供するための栄養素を実際に生産できるのです。さらに、オイルは他の多くの製品、工業製品や消費者製品の製造にも使用されるため、これらの作物を使って洗剤や石鹸、ローションなども作ることができると想像できます。

私たちはスペースが不足しているだけでなく、現在の農業の現状に従って運営を続ければ、美しい地球を子孫から奪ってしまうリスクがあります。しかし、そうなる必要はありません。豊かさの未来を想像してみましょう。地球という宇宙船を墜落させないだけでなく、私たち自身と、2050年までにこの惑星に住むことになる100億人の生活に利益をもたらすようなシステムや生活様式を作り出していきましょう。ありがとうございました。

コメント

タイトルとURLをコピーしました