Come alimentare 2 -3 miliardi di persone in più nel giro di 40 anni?

Inaugurazione anno accademico, prolusione professor Fabio Veronesi

professor Fabio Veronesi

Come alimentare 2 -3 miliardi di persone in più nel giro di 40 anni?

EMagnifico Rettore, Dott. Piercamillo Davigo, Autorità, Colleghi e Studenti, Signore e Signori, la domanda cui tenterò di rispondere in questo intervento è la seguente: qual è stato l’impatto del miglioramento genetico sulle produzioni alimentari mondiali e quali sono gli scenari nel medio termine? Per rispondere a questa domanda debbo cominciare riferendomi a 9- 10.000 anni fa quando l’uomo iniziò a domesticare, cioè a selezionare e rendere disponibili per la produzione di alimenti, un certo numero di piante e di animali trasformandosi da cacciatore-raccoglitore in agricoltore-allevatore.

La differenza fondamentale tra le piante e gli animali che l’uomo raccoglieva e cacciava e quelli che l’uomo coltiva ed alleva sta nel fatto che questi ultimi sono domesticati. Un esempio lampante riguarda il frumento; il frumento è uno dei primi vegetali a essere stato domesticato nella zona della Mezzaluna Fertile (l’attuale Medio Oriente) e le specie selvatiche appartenenti allo stesso genere, il Triticum, vanno incontro alla disarticolazione dell’asse principale della spiga quando il seme è maturo. In altre parole, il seme cade sul terreno perché la necessità della specie, in termini di sopravvivenza, è quella che i semi possano germinare e dare origine alla generazione successiva.

Inoltre i semi caduti hanno la caratteristica di germinare in momenti successivi, in maniera tale che almeno una parte dei semi 20 possano sfruttare il momento più adatto dal punto di vista climatico per germinare e dare origine a nuove piante. La cosiddetta “sindrome della domesticazione” del frumento è dovuta al fatto che l’uomo ha individuato alcune mutazioni, insorte spontaneamente, che rendono le piante adatte ad essere coltivate. Le più importanti hanno l’effetto di mantenere i semi sulla spiga e hanno permesso di fare un passo fondamentale verso l’agricoltura; è infatti ben diverso raccogliere una spiga di frumento con un falcetto piuttosto che andare a raccogliere i semi di frumento caduti sul terreno. Inoltre i semi dei frumenti coltivati germinano tutti insieme, e non in un lungo lasso di tempo come per i frumenti selvatici e questo permette di ottenere una coltura facilmente gestibile in tutte le sue fasi, fino alla maturazione. E’ evidente che da un punto di vista agricolo la conservazione del seme sulla spiga e la sua pronta germinabilità sono di fondamentale importanza mentre da un punto di vista naturale queste caratteristiche sono esattamente il contrario di quello che serve alla specie per la sua propagazione. Quindi sotto certi aspetti potremmo affermare che l’agricoltura “va contro la natura” e a nostro favore; noi, gli animali allevati e le piante coltivate siamo legati in maniera indissolubile ed è praticamente impossibile che una moderna varietà vegetale sopravviva quando lasciata a se stessa nelle condizioni naturali, come sicuramente non sopravvivrebbe un ovino domestico.

L’uomo ha quindi agito fin dagli albori dell’agricoltura con il miglioramento genetico; gli uomini della Mezzaluna Fertile che diedero inizio all’agricoltura basandosi su orzo, frumento, legumi, ovini, caprini, bovini e suini non hanno fatto altro che selezionare come selezioniamo noi adesso.

L’unica differenza è che essi non 21 conoscevano la genetica che è alla base di ciò che stavano facendo mentre noi abbiamo acquisito ampie conoscenze in merito, anche se ancora molto lontane dall’essere complete. Le aree in cui sono avvenuti i principali eventi di domesticazione sono state individuate per la prima volta dall’opera monumentale condotta da uno dei maggiori scienziati del XX secolo, il russo Nicolai Vavilov, che negli anni a cavallo tra la prima e la seconda guerra mondiale viaggiò in tutto il mondo definendo i centri di diversificazione che hanno preso nome da lui. Vavilov caratterizzò una serie di aree, definite “centri” di origine delle piante coltivate. In queste aree era presente una grande diversità di tipi di determinate specie coltivate, diverse per i diversi centri. Vavilov ebbe l’intuizione di mettere in relazione la variabilità genetica presente con la durata dell’azione di selezione da parte dell’uomo: tanto più prolungata tale azione, tanto maggiore la ricchezza di tipi e forme diversi.

I centri di Vavilov successivamente sono stati riconsiderati da un altro grande scienziato, questa volta americano, Jack Harlan. Harlan ha proseguito il lavoro che Vavilov fu costretto ad abbandonare quando, sul finire degli anni ’30 del secolo scorso, entrato in conflitto con la teoria biologica allora imperante nell’Unione Sovietica, fu deportato in Siberia dove morì. Successivamente il suo valore scientifico fu riconosciuto anche nel suo Paese, Vavilov fu riabilitato negli anni ‘60 ed attualmente il più grande istituto di ricerca nel settore delle risorse genetiche agrarie della Federazione Russa, che si trova a S. Pietroburgo, porta il suo nome.

Come già indicato, il lavoro di Vavilov fu ripreso da Harlan che individuò aree solo in parte corrispondenti ai centri di Vavilov. In ogni caso, nell’insieme di queste aree sono state domesticate la stragrande 22 maggioranza delle piante e degli animali di cui adesso abbiamo disponibilità per l’agricoltura e l’allevamento e probabilmente il fatto che in alcune aree geografiche, come ad esempio nella Mezzaluna Fertile, si siano sviluppati anche gli allevamenti animali e in altre aree no, è alla base del fatto che alcune popolazioni umane si siano trovate nelle condizioni di assumere, nel corso del tempo, il predominio tecnologico, politico e militare sulle altre.

Esistono testi che spiegano il perché i popoli dell’Occidente europeo hanno conquistato in epoca coloniale il resto del mondo grazie alla maggiore disponibilità di cibo, sia di origine animale che vegetale. E’ da notare la distribuzione geografica delle aree di domesticazione, in gran parte dislocate non lontano dai Tropici ma generalmente lontane dalle attuali aree di maggiore produzione agricola mondiale, che si concentra nel Nord del mondo, oltre che in Australia e in parte del Sud America.

Nel corso del tempo si è verificato pertanto un forte spostamento di piante e animali di interesse agrario dalle aree di domesticazione alle attuali aree di elevata produzione agricola. Questo spostamento non si è certo verificato da un giorno all’altro. Ad esempio è evidente che non è possibile prelevare la soia dalla sua area di domesticazione in Asia Tropicale e coltivarla direttamente negli Stati Uniti, perché le piante di soia provenienti da quelle zone sono adattate ad un certo fotoperiodo (durata del giorno e della notte), a temperature, disponibilità di acqua e in generale condizioni ambientali per forza di cose differenti da quelle dell’America Settentrionale.

La coltivazione in zone anche molto diverse da quelle di origine è stata resa possibile grazie ad un lungo e continuo lavoro di miglioramento genetico.

Un altro esempio è dato dal mais che, proveniente dal 23 Centro America, viene coltivato attualmente in tutto il globo con la sola esclusione degli ambienti più freddi delle latitudini più elevate. Un altro esempio ancora è quello del frumento che dal Vicino Oriente è stato diffuso in tutto il mondo durante lo sviluppo della civiltà. Sono stati i grandi imperi dell’antichità ad iniziare il trasferimento di piante e animali da una parte all’altra del globo. Ad essi hanno fatto seguito gli imperi coloniali dell’Occidente; si pensi solamente che, prima della scoperta di Cristoforo Colombo, nel continente americano non esistevano ad esempio bovini, cavalli, suini, frumento, orzo, riso. Nella storia sono avvenuti spostamenti enormi e selezioni successive, selezioni non basate sulla conoscenza dei principi della genetica ma pur sempre selezioni.

L’uomo ha quindi agito con il miglioramento genetico non solo durante la fase di domesticazione ma durante tutta la sua attività agricola, attività che ha reso possibile nel tempo il fatto che, in presenza di surplus alimentari, certi gruppi potessero cominciare a occuparsi di altro oltre che cacciare e raccogliere, come ad esempio individuare i periodi migliori per le semine o iniziare a produrre mattoni di argilla per costruire ripari o imparare a scrivere e a leggere dando così origine allo sviluppo della civiltà come noi la conosciamo. Quindi agricoltura, miglioramento genetico e sviluppo scientifico e tecnologico sono strettamente legati; la nostra civiltà è conseguenza di un grande lavoro che ha impegnato l’umanità per millenni, a partire dall’invenzione dell’agricoltura. Nel frattempo che cosa accadeva alla popolazione umana? Nell’8.000 avanti Cristo le stime della popolazione mondiale indicano circa 5 milioni di esseri umani, nel 2000 avanti Cristo 50 milioni, nel 1500 dopo Cristo 500 milioni, nel 1800 un miliardo.

Nel 1798 l’inglese 24 Thomas Malthus pubblicò un libro famoso il cui concetto di base è il seguente: la popolazione umana si moltiplica in maniera molto più rapida di quanto non aumenti la disponibilità di cibo. In conseguenza si deve raggiungere prima o dopo un punto di rottura che corrisponde a dire fame, morte e diminuzione della popolazione stessa. Questo affermava Malthus nel 1798 ma è anche vero che ad esempio nel corso del XVIII secolo gli agronomi inglesi avevano inventato la rotazione di Norfolk che, prevedendo l’alternanza tra cereali (frumento e orzo) e colture da rinnovo (rapa e trifoglio o fagiolo), permise un incremento di produzione alimentare così elevato da contribuire sostanzialmente, in un secolo, a far passare la popolazione inglese da circa 5 milioni all’inizio del 1700 a 13 milioni all’inizio del 1800. Tra la fine del XVIII e l’inizio del XIX secolo alcuni esprimevano già l’opinione che si fosse arrivati ad un eccesso di popolazione mondiale; tuttavia nel 1927, poco più di un secolo dopo, la popolazione umana raggiunse i 2 miliardi (da notare: tre secoli per passare da 500 milioni ad un miliardo, un secolo e poco più di uno per passare da un miliardo a due miliardi) e poi il fenomeno è andato ulteriormente accelerandosi perché nel 1960 eravamo 3 miliardi, nel 1975 4 miliardi, nel 1986 5 miliardi e attualmente abbiamo superato i 7 miliardi.

Le stime FAO prevedono per il 2050 una popolazione di circa 9,5 miliardi e questa previsione crea grandi problemi. E’ chiaro che, se non riusciremo a limitare l’aumento della popolazione, ci troveremo di fronte a situazioni molto pericolose, nel senso che non esistono specie al mondo che possano superare un certo numero di individui senza andare incontro a gravi conseguenze. Ma considerando unicamente i problemi alimentari, come è stato possibile che la previsione di Malthus sia risultata errata fino ai giorni nostri? 25 Quanto previsto da Malthus non si è verificato perché c’è stato un enorme incremento delle produzioni alimentari dovuto fondamentalmente allo sviluppo dei concimi di sintesi, azoto soprattutto, allo sviluppo delle tecnologie agronomiche (rotazioni, operazioni colturali, meccanizzazione, irrigazione, controllo delle avversità), all’aumento delle superfici coltivate e al miglioramento genetico. Quest’ultimo trova la sua sintesi nei semi di varietà sempre più efficienti e produttive.

Il seme, con l’informazione genetica che contiene, può quindi essere considerato un concentrato di conoscenze e di tecnologia, alla base della produzione agricola e dello sviluppo stesso dei popoli.

Nella metà del XIX secolo erano attivi due grandi scienziati, Darwin e Mendel. Darwin, che fu riconosciuto già in vita per il suo valore, sviluppò la teoria della selezione naturale e scrisse anche sull’effetto della selezione operata dall’uomo. La grandezza di Mendel, lo scopritore della genetica, non fu invece riconosciuta subito. In effetti Mendel scrisse i suoi lavori fondamentali attorno al 1860 ma nessuno ne comprese l’importanza. Mendel fu il primo a dimostrare la ereditarietà dei caratteri e ad applicare la matematica alla biologia, però la sua scienza venne “riscoperta” solo nel 1900 da von Tschermak, de Vries e Correns e da quel momento in poi si è assistito allo sviluppo della genetica. Cinquanta anni sono stati necessari per individuare negli acidi nucleici i portatori del messaggio ereditario, altri 60 anni ci sono voluti per arrivare alla situazione dei nostri giorni. Per la genetica si è assistito ad una accelerazione enorme nelle conoscenze di base e nelle applicazioni, accelerazione che a livello di produzione alimentare ha significato incrementi produttivi estremamente elevati. 26 Considerando i principali fattori della produzione agricola dal 1800 ai giorni nostri, probabilmente siamo già arrivati alla utilizzazione di quasi tutte le aree irrigabili del mondo.

L’uso dei concimi azotati è aumentato enormemente tra il 1950 e il 1970 per poi mantenersi sui livelli raggiunti e anche per le terre arabili si è arrivati a plateau. Per ciò che riguarda gli incrementi di produzione per unità di superficie, ad esempio per il frumento nel 1930 si avevano, a livello mondiale, produzioni medie dell’ordine di 1 tonnellata per ettaro (t ha – 1 ) contro le attuali 3,0 t ha -1 , vale a dire che in 80 anni è stato realizzato un incremento di tre volte nella produzione per unità di superficie. Sostanzialmente lo stesso incremento di produzione è avvenuto per il riso (da circa 1,6 a 4,4 t ha -1) .

Altra informazione interessante è quella che riguarda la specie vegetale su cui la genetica ha lavorato di più, il mais. Per questa coltura l’incremento di produzione per unità di superficie è iniziato in USA nel periodo 1920- 1930 quando, grazie al lavoro di miglioramento genetico, entrarono in coltivazione i primi mais ibridi. L’applicazione della genetica al mais ha dato risultati eclatanti poiché le produzioni USA sono passate da poco meno di 2 t ha -1 agli inizi del XX secolo alle attuali oltre 8 t ha -1 (a livello mondiale siamo a 4,9 t ha -1 ). In sintesi, l’aumento delle superfici arabili, di quelle irrigue e dell’uso dei fertilizzanti insieme con le moderne tecniche agronomiche e l’applicazione del miglioramento genetico hanno fatto in modo che tra gli inizi del XIX secolo e il momento attuale le previsioni di Malthus siano risultate errate nonostante il fatto che, nel frattempo, l’uomo è riuscito a “riempire” la terra con oltre 7 miliardi di persone.

Come alimentare

Lo sviluppo delle produzioni agricole ha dato origine alla alimentazione umana come noi la conosciamo, alimentazione non bilanciata a livello 27 mondiale nel senso che gli uomini si nutrono in maniera molto differente, anche a causa di deficit produttivi in ampie aree del mondo, di surplus produttivi in altre e di distorta utilizzazione di parte della produzione stessa. Ad esempio, dei 650 milioni di tonnellate di frumento prodotte annualmente una parte consistente è utilizzata in zootecnia.

Considerando il mais, una gran parte della produzione è rivolta alla alimentazione animale e da qualche anno anche alla produzione di etanolo per energia e per autotrazione.

Simili situazioni creano una serie di problemi; molti affermano ad esempio che almeno parte del mais e del frumento utilizzati per altri scopi potrebbe servire per uso alimentare diretto da parte delle popolazioni umane del terzo mondo. Nel mondo esistono quindi situazioni fortemente diversificate dovute al gap esistente tra le nazioni sviluppate e le nazioni a basso sviluppo tecnologico-finanziario che presentano problemi alimentari completamente differenti. Tuttavia può essere individuato un problema generale che interessa l’umanità nel suo complesso, quello di capire come alimentare adeguatamente 9,5 miliardi di persone nel 2050.

Limitandomi a considerare gli aspetti relativi alla produzione agricola, dal momento che il controllo delle nascite esula dagli argomenti che possono essere trattati da un genetista agrario, il problema da affrontare è il seguente: per nutrire l’umanità in un futuro prossimo non potremo basarci sull’ulteriore incremento delle superfici arabili e irrigue o sull’aumento del livello delle concimazioni. Come alimentare 2 -3 miliardi di persone in più nel giro di 40 anni? E` profondamente giusto, anche da un punto di vista etico, tentare di trasferire parte delle produzioni agricole dal mondo sviluppato a quello in via di sviluppo e operare per la diminuzione delle perdite di produzione dovute a deficit nella difesa delle colture e dei loro 28 prodotti. Tuttavia non credo che solo in questo modo sarà possibile alimentare miliardi di persone in più anche perché, nel frattempo, gli ormai evidenti cambiamenti climatici potrebbero richiedere di “riprogettare” le piante coltivate per mantenere le produzioni nelle nuove condizioni ambientali che si vanno determinando.

Inoltre i dati attualmente in nostro possesso indicano, per alcune delle colture di maggiore importanza per l’alimentazione umana, una flessione negli incrementi annuali delle produzioni per unità di superficie. Prendendo in esame la produzione mondiale di frumento è possibile notare come dal 1980 al 1995 si è avuto un incremento medio su base annua di circa 50 kg ha -1 (da 1,75 t ha -1 a poco meno di 2,5 t ha -1 ), incremento che ha reso possibile far fronte con successo all’aumento della popolazione mondiale nello stesso periodo, fornendo un maggior numero di calorie per individuo. Tuttavia dal 1995 al 2007 l’aumento medio per anno si è più che dimezzato rispetto al periodo precedente scendendo a poco più di 23 kg ha -1 (da 2,5 a 2,8 t ha -1 ). Questo dato allarmante sembrerebbe indicare che il miglioramento genetico convenzionale per una coltura di fondamentale importanza quale il frumento comincia a mostrare alcuni limiti, limiti che solamente attraverso sforzi più intensi e utilizzazione di tutte le tecnologie disponibili (ingegneria genetica compresa) si può pensare di superare nel medio periodo.

A questa fondamentale necessità fa purtroppo da contraltare, soprattutto nei Paesi sviluppati (Europa in particolare) una opinione pubblica che sembra quasi mettere in discussione non solamente le varietà costituite da Organismi Geneticamente Modificati ma anche quelle basate sul miglioramento genetico convenzionale. Sempre più frequentemente si propone di reintrodurre in coltivazione vecchie varietà utilizzando tecniche agronomiche desuete se non addirittura prive di valore scientifico, con risultati produttivi non comparabili con quelli ottenibili con varietà e tecniche agronomiche moderne sia in termini di produttività per unità di superficie che, a volte, anche in termini di qualità dei prodotti.

In merito sono convinto, come la stragrande maggioranza dei ricercatori che lavorano in questo settore in Italia e nel mondo, che per raggiungere lo scopo di fornire all’umanità gli alimenti necessari in adeguata quantità tutte le tecnologie possibili debbono essere utilizzate con un attento controllo pubblico che riguardi sia i prodotti che le metodologie applicate per ottenerli e il loro impatto sugli agroecosistemi ma evitando la paura del Prometeo scatenato. Tra queste tecnologie rientrano anche le biotecnologie genetiche avanzate che non devono essere scartate a priori sulla base di pregiudizi immotivati. La situazione di sofferenza alimentare, che per ora non tocca noi occidentali, riguarda però fin da adesso il resto del mondo e ampia parte della popolazione umana e deve pertanto essere presa in attenta considerazione da un punto di vista sia etico che pragmatico. Grazie per l’attenzione.

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