Những nhà Khoa học đã cách mạng hóa nền nông nghiệp toàn cầu
Lịch sử khoa học nông nghiệp có thể được xem như một chuỗi phản ứng liên tục và ngày càng leo thang trước thách thức cơ bản của nhân loại: an ninh lương thực. Nền văn minh, như chúng ta biết, không thể tiến hóa và cũng không thể tồn tại nếu không có một nguồn cung cấp lương thực đầy đủ. Lịch sử này được đánh dấu bằng các cuộc "cách mạng" kế tiếp nhau, mỗi cuộc cách mạng được thúc đẩy bởi một cuộc khủng hoảng và được hiện thực hóa bởi một đột phá của các nhà khoa học, và chúng cùng nhau xây dựng nên hệ thống lương thực toàn cầu hiện đại.
Justus Liebig
Justus Freiherr von Liebig (1803-1873), nhà hóa học người Đức, được mệnh danh là "cha đẻ của ngành công nghiệp phân bón" và là một trong những nhân vật có ảnh hưởng sâu sắc nhất đến nền nông nghiệp hiện đại. Những khám phá và lý thuyết của ông đã tạo ra một cuộc cách mạng trong hiểu biết về dinh dưỡng cây trồng, đặt nền móng cho các phương pháp canh tác khoa học và góp phần quan trọng vào việc đảm bảo an ninh lương thực toàn cầu.
Trước khi Justus von Liebig xuất hiện, niềm tin khoa học phổ biến là "lý thuyết mùn", cho rằng thực vật hấp thụ trực tiếp các chất hữu cơ phức tạp (mùn) từ đất làm nguồn thức ăn chính. Lý thuyết này, mặc dù trực quan, về cơ bản là sai lầm và đã kìm hãm sự tiến bộ của nông nghiệp. Lịch sử các khái niệm về dinh dưỡng thực vật có thể được truy ngược về Hy Lạp và La Mã cổ đại, nơi phân bón đã được công nhận là có lợi. Trải qua các nhà thực nghiệm ban đầu như Van Helmont và Woodward, khoa học đã đứng trước ngưỡng cửa của một cuộc cách mạng hóa học. Lý thuyết mùn cho rằng đất chứa một "lực sống" hữu cơ không thể bắt nguồn từ các hóa chất vô cơ, "chết". Quan điểm này, tuy có phần thần bí, đã thống trị tư duy nông nghiệp trong nhiều thế kỷ.
Công trình của Liebig đã tạo ra một sự thay đổi mang tính cách mạng. Cuốn sách có ảnh hưởng của ông năm 1840, "Organic chemistry in its applications to agriculture and physiology" - Hóa học hữu cơ trong ứng dụng vào nông nghiệp và sinh lý học, đã mạnh mẽ lập luận rằng thực vật lấy dinh dưỡng từ các chất vô cơ đơn giản trong đất (các khoáng chất như kali và phốt pho) và carbon từ CO2 trong khí quyển. Đây là một sự khởi đầu triệt để, định hình lại đất không phải là một nguồn "lực sống" mà là một môi trường hóa học.
Sự thay đổi này không chỉ là một sự điều chỉnh khoa học; nó là một sự chuyển đổi triết học cơ bản. Bằng cách lật đổ "lý thuyết mùn", Liebig đã thay thế một cái nhìn duy tâm, gần như thần bí về đất bằng một cái nhìn hóa học, giản lược. Bước nhảy vọt về khái niệm này là thiết yếu cho quá trình công nghiệp hóa nông nghiệp. Nó cho phép độ phì nhiêu của đất được xem như một phương trình hóa học có thể giải quyết được, thay vì một thuộc tính bất biến của đất đai. Đất không còn là một thực thể sống mà trở thành một "thùng chứa tĩnh" cho các yếu tố đầu vào hóa học. Mô hình mới này đã mở đường cho tư duy về việc "sửa chữa" các khiếm khuyết của đất thông qua các sản phẩm công nghiệp (phân bón), từ đó tạo điều kiện cho nền nông nghiệp thâm canh, quy mô lớn. Vấn đề độ phì nhiêu của đất không còn chỉ là vấn đề của người nông dân, mà đã trở thành vấn đề của nhà hóa học công nghiệp.
Di sản có lẽ bền vững nhất của Liebig là "Định luật tối thiểu". Nguyên tắc này, thường được hình dung như một chiếc thùng bị rò rỉ, phát biểu rằng sự tăng trưởng của thực vật không được quyết định bởi tổng số nguồn lực sẵn có, mà bởi nguồn lực khan hiếm nhất (yếu tố "giới hạn"). Khái niệm này đã cung cấp nền tảng trí tuệ cho việc bón phân có mục tiêu. Mặc dù Liebig đã phổ biến định luật này, nó được nhà thực vật học người Đức Carl Sprengel xây dựng lần đầu tiên.
"Định luật tối thiểu" đã tạo ra sự biện minh kinh tế và khoa học chính xác cho ngành công nghiệp phân bón tổng hợp. Bằng cách xác định các chất dinh dưỡng giới hạn cụ thể (ví dụ N, P, K), nó đã tạo ra một mục tiêu rõ ràng cho hóa học công nghiệp. Định luật này đã biến phân bón từ một chất cải tạo đất chung chung (như phân chuồng) thành một sản phẩm được kê đơn khoa học, có mục tiêu, liên kết trực tiếp phân tích hóa học của đất với kết quả kinh tế trên đồng ruộng. Trước Liebig, nông dân sử dụng phân chuồng, một chất bổ sung phức tạp và không đặc hiệu. Định luật của Liebig chỉ ra rằng năng suất tỷ lệ thuận với chất dinh dưỡng giới hạn nhất. Điều này ngụ ý rằng việc thêm nhiều chất dinh dưỡng dồi dào là lãng phí, trong khi chỉ cần thêm một lượng nhỏ chất dinh dưỡng giới hạn có thể mở khóa sự gia tăng năng suất khổng lồ. Điều này tạo ra một động lực kinh tế mạnh mẽ: xác định sự thiếu hụt hóa học cụ thể và áp dụng một giải pháp hóa học cụ thể. Đây chính là mô hình kinh doanh của ngành công nghiệp phân bón hiện đại, một ngành nợ sự tồn tại của mình cho nguyên tắc này.
Công trình của Liebig đã trực tiếp dẫn đến việc thành lập ngành công nghiệp phân bón Superphosphate và đặt nền móng cho khoa học đất hiện đại. Tuy nhiên, các lý thuyết ban đầu của ông cũng có những hạn chế, đặc biệt là giả định sai lầm rằng thực vật có thể nhận đủ lượng nitơ cần thiết từ amoniac trong khí quyển, một sai lầm quan trọng mà sau này Haber và Bosch sẽ giải quyết.
Fritz Haber & Carl Bosch
Fritz Jakob Haber (1868-1934) và Carl Bosch (1874-1940) gắn liền với một trong những phát minh quan trọng nhất của thế kỷ 20: quy trình Haber-Bosch. Phát minh này đã tạo ra một cuộc cách mạng trong sản xuất lương thực, giúp nuôi sống hàng tỷ người và định hình lại nền nông nghiệp toàn cầu. Đóng góp của họ được ví như việc "tạo ra bánh mì từ không khí".
Vào đầu thế kỷ 20, thế giới đối mặt với một cuộc khủng hoảng lương thực tiềm tàng. Dân số ngày càng tăng trong khi các nguồn cung cấp nitơ tự nhiên cho phân bón, chủ yếu là phân chim (guano) và diêm tiêu khai thác từ Chile, đang dần cạn kiệt. Nitơ là một thành phần thiết yếu cho mọi sự sống, là dưỡng chất quan trọng nhất quyết định sự sinh trưởng của cây trồng. Mặc dù khí quyển chứa gần 80% là nitơ, các phân tử nitơ (N2) trong không khí lại tồn tại ở dạng cực kỳ bền vững và cây trồng không thể hấp thụ trực tiếp. Việc "cố định" được nitơ từ không khí, tức chuyển nó thành một dạng mà cây trồng có thể sử dụng (như amoniac, NH3), là một thách thức khoa học khổng lồ.
Câu chuyện tập trung vào hành trình đầy ám ảnh của Fritz Haber để tổng hợp amoniac (NH3) từ nitơ trong khí quyển (N2) và hydro (H2) - một quá trình bắt chước sự cố định nitơ tự nhiên ở quy mô công nghiệp. Thách thức khoa học là vô cùng lớn: phá vỡ liên kết ba cực kỳ bền vững của phân tử N2, đòi hỏi nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt, cùng với việc tìm kiếm một chất xúc tác hiệu quả. Haber đã chứng minh rằng ở nhiệt độ và áp suất cực cao, cùng với việc sử dụng chất xúc tác phù hợp (ban đầu là osmi và uranium), phản ứng giữa nitơ và hydro có thể tạo ra amoniac. Cuộc trình diễn thành công của Haber trong phòng thí nghiệm nhỏ của ông vào năm 1909 đã chứng minh rằng điều đó là khả thi. Phát minh này đã mang lại cho ông giải Nobel Hóa học năm 1918.
Tuy nhiên, quy trình của Haber đòi hỏi những điều kiện khắc nghiệt: áp suất lên tới 150-200 atm và nhiệt độ khoảng 400-500°C. Việc triển khai quy trình này ở quy mô công nghiệp là một thách thức kỹ thuật khổng lồ, vượt xa khả năng của các thiết bị phòng thí nghiệm thời bấy giờ. Carl Bosch, một kỹ sư và nhà hóa học xuất sắc làm việc tại công ty hóa chất BASF, đã đảm nhận và giải quyết thành công thách thức này. Bosch và đội ngũ của mình đã thiết kế và chế tạo các lò phản ứng và máy bơm bằng thép khổng lồ, có khả năng chịu được nhiệt độ và áp suất cực lớn một cách an toàn và liên tục. Chất xúc tác osmi và uranium mà Haber sử dụng cực kỳ hiếm và đắt đỏ. Bosch đã tiến hành hàng nghìn thử nghiệm và tìm ra một chất xúc tác hiệu quả hơn nhiều, dựa trên sắt (Fe) với các chất hoạt hóa khác, vốn rẻ và có sẵn. Nhờ những cải tiến của Bosch, nhà máy sản xuất amoniac công nghiệp đầu tiên đã đi vào hoạt động tại Oppau, Đức vào năm 1913, có khả năng sản xuất hàng tấn amoniac mỗi ngày. Sự hợp tác thành công này đã khiến quy trình được mang tên cả hai người: Haber-Bosch. Carl Bosch sau đó cũng được trao giải Nobel Hóa học vào năm 1931 cho công trình phát triển kỹ thuật hóa học áp suất cao.
Đây được cho là phát minh quan trọng nhất của thế kỷ 20. Nó đã cho phép dân số toàn cầu tăng từ 1,6 tỷ lên hơn 8 tỷ người. Ngày nay, phân bón tổng hợp từ quy trình này chịu trách nhiệm nuôi sống khoảng một nửa dân số thế giới. Hơn 99% tổng lượng nitơ vô cơ đầu vào cho các trang trại đến từ quá trình tổng hợp Haber-Bosch.
Quy trình Haber-Bosch đại diện cho sự tách rời cuối cùng của nông nghiệp khỏi các chu trình sinh học tự nhiên. Trước đó, độ phì nhiêu của đất phụ thuộc vào các quá trình chậm, cục bộ của việc bón phân chuồng và trồng cây họ đậu. Haber-Bosch đã tạo ra một chu trình nitơ công nghiệp, toàn cầu, cho phép sản xuất lương thực được mở rộng theo cách không thể tưởng tượng trước đây và không bị ràng buộc bởi các giới hạn sinh thái địa phương.
Paul Müller
Paul Hermann Müller (1899-1965) là nhà hóa học Thụy Sĩ gắn liền với một khám phá duy nhất nhưng đã làm thay đổi thế giới: đặc tính diệt côn trùng của DDT (dichloro-diphenyl-trichloroethane). Khám phá này không chỉ mang lại cho ông giải Nobel Sinh lý học và Y khoa năm 1948 mà còn khởi đầu cho cuộc cách mạng thuốc trừ sâu tổng hợp trong nông nghiệp.
Vào cuối những năm 1930, khi đang làm việc cho công ty hóa chất J.R. Geigy ở Thụy Sĩ (nay thuộc Novartis và Syngenta), Paul Müller được giao nhiệm vụ tìm kiếm một loại thuốc trừ sâu lý tưởng. Năm 1939, ông phát hiện ra rằng DDT, một hợp chất đã được tổng hợp từ năm 1874 nhưng bị lãng quên, có khả năng diệt côn trùng cực mạnh. Quan trọng hơn, DDT có hai đặc tính vượt trội so với bất kỳ chất nào trước đó là phổ tác động rộng, hiệu quả với nhiều loại côn trùng gây hại và tính tồn lưu cao, duy trì tác dụng diệt côn trùng trong thời gian dài sau khi phun.
DDT nhanh chóng được coi là một "phép màu" và là "viên đạn bạc" cho nền nông nghiệp hiện đại. Bằng cách kiểm soát hiệu quả các loài sâu bệnh tàn phá mùa màng như bọ khoai tây Colorado, mọt bông, và sâu đục thân, DDT đã giúp giảm thiểu đáng kể tình trạng thất thoát sau thu hoạch. Điều này dẫn đến sự gia tăng năng suất nông nghiệp một cách đột biến, đóng vai trò then chốt trong Cuộc cách mạng Xanh và giúp nuôi sống dân số thế giới đang tăng nhanh sau Thế chiến II. Nhờ giá thành rẻ và hiệu quả kéo dài, DDT cho phép bảo vệ cây trồng trên những cánh đồng rộng lớn, thúc đẩy nền nông nghiệp quy mô lớn (thâm canh).
Tuy nhiên, di sản của Paul Müller và DDT vô cùng phức tạp. Chính "tính tồn lưu cao" đã làm nên thành công của DDT cũng là nguyên nhân gây ra thảm họa môi trường. DDT tích tụ trong đất, nước, và chuỗi thức ăn, gây hại nghiêm trọng cho động vật hoang dã, đặc biệt là các loài chim ăn thịt. Sau này Rachel Carson, thông qua tác phẩm của mình là "Silent Spring" - Mùa xuân vắng lặng, đã phơi bày những tác hại này, làm dấy lên phong trào môi trường toàn cầu và dẫn đến việc cấm sử dụng DDT trong nông nghiệp ở nhiều quốc gia, bắt đầu từ Mỹ vào năm 1972.
Rachel Carson
Rachel Louise Carson (1907-1964), một nhà sinh vật học biển và tác giả người Mỹ, không đóng góp cho nông nghiệp bằng cách tạo ra một giống cây trồng hay một công cụ mới. Thay vào đó, bà đã thay đổi lịch sử nông nghiệp mãi mãi bằng một vũ khí còn mạnh hơn: ngòi bút và sự thật khoa học. Đóng góp của bà là một hồi chuông cảnh tỉnh, buộc cả thế giới phải nhìn nhận lại mặt trái của cuộc cách mạng hóa học trong nông nghiệp.
Sau Thế chiến thứ hai, các loại thuốc trừ sâu tổng hợp, đặc biệt là DDT, được ca ngợi như "phép màu" trong nông nghiệp. Chúng được sử dụng rộng rãi và bừa bãi với niềm tin rằng chúng là "viên đạn bạc" để tiêu diệt sâu bệnh, tăng năng suất và bảo vệ mùa màng. Vào thời điểm đó, rất ít người đặt câu hỏi về tác động lâu dài của việc phun hàng triệu tấn hóa chất này ra môi trường.
Năm 1962, sau nhiều năm nghiên cứu tỉ mỉ, Rachel Carson đã xuất bản cuốn sách định mệnh "Silent Spring" - Mùa xuân vắng lặng. Đây không phải là một cuốn tiểu thuyết, mà là một công trình phơi bày sự thật dựa trên các bằng chứng khoa học vững chắc về tác hại của thuốc trừ sâu. Carson chỉ ra rằng thuốc trừ sâu không chỉ giết chết sâu bệnh. Chúng còn tiêu diệt cả những loài côn trùng có ích, chim, cá và các sinh vật hoang dã khác. Bà giải thích một cách dễ hiểu khái niệm tích lũy sinh học - các hóa chất độc hại như DDT không bị phân hủy mà tích tụ trong mô mỡ của sinh vật và được khuếch đại lên chuỗi thức ăn, gây hại nghiêm trọng cho các loài ở đỉnh chuỗi như chim đại bàng. Bà cũng cảnh báo về những rủi ro sức khỏe mà các hóa chất này có thể gây ra cho con người. Tựa đề "Mùa xuân vắng lặng" vẽ nên một viễn cảnh đáng sợ về một tương lai nơi không còn tiếng chim hót vì chúng đã bị hóa chất tiêu diệt.
Công trình của Carson đã trực tiếp dẫn đến các cuộc điều tra của chính phủ. Làn sóng phản đối kịch liệt từ công chúng đã buộc chính phủ Hoa Kỳ phải cấm sử dụng DDT trong nông nghiệp vào năm 1972. Sự kiện này đã tạo tiền đề cho việc ra đời của Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) và các luật lệ nghiêm ngặt hơn trên toàn thế giới về việc kiểm duyệt và sử dụng thuốc bảo vệ thực vật.
Bằng cách phơi bày sự nguy hiểm của việc phụ thuộc hoàn toàn vào hóa chất, Carson đã buộc các nhà khoa học, nông dân và các nhà hoạch định chính sách phải tìm kiếm những giải pháp thay thế an toàn hơn. Điều này đã thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của Quản lý Dịch hại Tổng hợp (IPM - Integrated Pest Management), một phương pháp tiếp cận cân bằng, ưu tiên các biện pháp sinh học, cơ học, và chỉ sử dụng hóa chất một cách có mục tiêu khi thực sự cần thiết.
Đóng góp lớn nhất của Carson là thay đổi nhận thức. Bà đã chứng minh rằng mọi thứ trong tự nhiên đều liên kết với nhau và các hoạt động nông nghiệp có thể gây ra những hậu quả sâu rộng, không lường trước được. Bà đã dạy cho công chúng và nông dân rằng cần phải tiếp cận nông nghiệp với sự tôn trọng và hiểu biết sâu sắc về hệ sinh thái. Di sản của bà trong nông nghiệp không phải là một sản phẩm, mà là một hệ tư tưởng, một sự hiểu biết rằng để nuôi sống con người, chúng ta không thể phá hủy hành tinh. Công trình của bà đã đặt nền móng cho một nền nông nghiệp có trách nhiệm, an toàn và bền vững hơn cho đến ngày nay.
Gregor Mendel
Gregor Johann Mendel (1822-1884) được mệnh danh là "cha đẻ của di truyền học". Dù ông là một tu sĩ và không phải là nông dân, những khám phá của ông trong khu vườn tu viện đã đặt nền móng khoa học cho toàn bộ ngành lai tạo giống cây trồng và vật nuôi hiện đại. Đóng góp của ông cho nông nghiệp không phải là một phát minh trực tiếp, mà là việc tìm ra các quy luật di truyền, biến việc lai tạo từ một nghệ thuật may rủi thành một ngành khoa học chính xác.
Trước Mendel, con người đã lai tạo cây trồng và vật nuôi trong hàng ngàn năm. Tuy nhiên, quá trình này chủ yếu dựa trên kinh nghiệm và sự quan sát "cha mẹ nào con nấy" mà không hiểu rõ cơ chế bên trong. Các nhà lai tạo không thể dự đoán một cách khoa học kết quả của việc lai giữa hai cá thể, và quá trình này diễn ra rất chậm chạp, tốn kém và thường không mang lại kết quả như ý.
Vào khoảng giữa những năm 1856 và 1863, tại tu viện ở Brno (nay thuộc Cộng hòa Séc), Gregor Mendel đã tiến hành các thí nghiệm lai giống tỉ mỉ trên hàng chục nghìn cây đậu Hà Lan (Pisum sativum). Không giống những người trước đó, Mendel tiếp cận công việc của mình như một nhà toán học và vật lý học. Ông tập trung vào 7 cặp tính trạng rõ ràng (như màu hoa, hình dạng hạt, chiều cao cây), lai chúng với nhau và ghi chép, thống kê cẩn thận số lượng cây con mang từng tính trạng qua nhiều thế hệ. Chính phương pháp khoa học và định lượng này đã giúp ông khám phá ra những quy luật nền tảng.
Từ các dữ liệu thu thập được, Mendel đã rút ra các quy luật di truyền cơ bản, giải thích cách các tính trạng được truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác bằng Quy luật tính trạng Trội và Lặn, Quy luật phân ly và Quy luật phân ly độc lập. Mặc dù công trình của Mendel đã bị lãng quên trong hơn 30 năm và chỉ được tái khám phá vào năm 1900, nó đã ngay lập tức tạo ra một cuộc cách mạng trong nông nghiệp.
Các quy luật của Mendel cung cấp cho các nhà khoa học một bản đồ chi tiết. Họ có thể dự đoán chính xác kết quả của các phép lai, cho phép lựa chọn và kết hợp các đặc tính mong muốn (năng suất cao, kháng bệnh, chịu hạn, hương vị thơm ngon...) một cách có chủ đích và hiệu quả hơn rất nhiều. Toàn bộ các thành tựu của nông nghiệp thế kỷ 20, từ cuộc Cách mạng Xanh của Norman Borlaug với giống lúa mì lùn năng suất cao, đến việc tạo ra các giống ngô lai, cà chua kháng bệnh, và vật nuôi cho sản lượng cao, đều được xây dựng dựa trên nền tảng di truyền học mà Mendel đã khai sinh. Nói một cách đơn giản, nếu không có những quy luật mà Gregor Mendel đã âm thầm khám phá trong khu vườn tu viện, nền nông nghiệp hiện đại với khả năng nuôi sống 8 tỷ người sẽ không thể tồn tại.
Norman Borlaug
Norman Ernest Borlaug (1914-2009), người được mệnh danh là "cha đẻ của Cách mạng Xanh", lớn lên ở vùng nông thôn Iowa và những trải nghiệm ban đầu của ông về nạn đói trong thời kỳ Đại suy thoái đã khắc sâu vào ông một ý thức cấp bách sâu sắc. Triết lý cốt lõi của ông là "Lương thực là quyền đạo đức của tất cả những ai sinh ra trên thế giới này" và hòa bình là không thể nếu không có bánh mì.
Công trình của Borlaug bắt đầu ở Mexico vào những năm 1940, nơi ông được giao nhiệm vụ giải quyết vấn đề bệnh gỉ sắt (stem rust), một loại nấm đã tàn phá mùa màng lúa mì của đất nước. Ông đã phát triển kỹ thuật "lai tạo con thoi", trong đó ông trồng hai thế hệ lúa mì mỗi năm bằng cách luân chuyển hạt giống giữa các vùng khí hậu khác nhau ở Mexico, giúp tăng tốc đáng kể quá trình lai tạo.
Sự đổi mới quan trọng của Borlaug là lai các giống kháng bệnh của ông với một giống lúa mì lùn của Nhật Bản. Các giống lúa mì bán lùn thu được mang tính cách mạng: thân cây thấp và cứng cáp, giúp cây không bị đổ khi bón nhiều phân; cây tập trung năng lượng vào việc tạo ra hạt thay vì phát triển thân lá; có thể hấp thụ lượng lớn phân bón và chuyển hóa thành hạt ngũ cốc, cho năng suất cao vượt trội. Thành công này đã biến Mexico từ một nước nhập khẩu thành một nước xuất khẩu lúa mì.
Những giống lúa mì năng suất cao, kháng bệnh và bán lùn này chính là nền tảng của cuộc Cách mạng Xanh. Borlaug không chỉ cung cấp hạt giống; ông còn mang theo cả một "gói công nghệ" bao gồm: hạt giống cải tiến, phân bón hóa học, thủy lợi đảm bảo cung cấp đủ nước và cơ giới hóa hiện đại.
Vào giữa những năm 1960, Ấn Độ và Pakistan đối mặt với nạn đói thảm khốc. Bất chấp sự phản kháng của bộ máy quan liêu, các giống lúa mì mới, kết hợp với phân bón và thủy lợi, đã mang lại những vụ mùa đáng kinh ngạc. Vụ thu hoạch lúa mì năm 1968 của Ấn Độ là một khoảnh khắc phá kỷ lục, chứng minh những người bi quan theo thuyết Malthus (An Essay on the Principle of Population) đã sai. Thành công này là trung tâm của "Cách mạng Xanh", được ghi nhận đã cứu sống hơn một tỷ người.
Borlaug đã được trao giải Nobel Hòa bình năm 1970, là nhà nông học duy nhất được vinh danh như vậy. Ông cũng thành lập Giải thưởng Lương thực Thế giới vào năm 1986 để công nhận những người khác trong lĩnh vực này. Những câu nói nổi tiếng của ông về an ninh lương thực minh họa cho triết lý của ông và tiếp tục truyền cảm hứng cho các thế hệ sau.
George Washington Carver
George Washington Carver (1864-1943) được mệnh danh là "Nhà giả kim nông nghiệp", người đã làm thay đổi nền nông nghiệp miền Nam Hoa Kỳ, đặc biệt là cuộc sống của những người nông dân da màu nghèo khó. Đóng góp của ông không nằm ở một phát minh đơn lẻ mà là một triết lý nông nghiệp bền vững, tập trung vào việc cải tạo đất đai, đa dạng hóa cây trồng và tạo ra giá trị kinh tế từ những sản phẩm bị xem thường.
Vào cuối thế kỷ 19 và đầu thế kỷ 20, nền nông nghiệp ở miền Nam Hoa Kỳ đang đối mặt với một cuộc khủng hoảng nghiêm trọng. Sau nhiều thế hệ chỉ độc canh cây bông vải, đất đai đã trở nên cằn cỗi, xói mòn và cạn kiệt chất dinh dưỡng, đặc biệt là nitơ. Đời sống của người nông dân, phần lớn là những người Mỹ gốc Phi mới được giải phóng khỏi ách nô lệ, vô cùng bấp bênh, phụ thuộc hoàn toàn vào một vụ mùa duy nhất thường xuyên bị sâu bệnh (như mọt bông) tàn phá và giá cả thị trường chi phối.
Từ phòng thí nghiệm và trang trại của mình tại Viện Tuskegee ở Alabama, George Washington Carver đã đưa ra những giải pháp mang tính cách mạng để giải quyết các vấn đề trên. Luân canh cây trồng để cải tạo đất là đóng góp nền tảng và quan trọng nhất của ông. Carver nhận ra rằng việc độc canh cây bông đã "hút cạn" sinh lực của đất. Ông đã đi khắp nơi để thuyết phục và hướng dẫn nông dân áp dụng kỹ thuật luân canh cây trồng. Cụ thể, ông khuyến khích họ trồng xen kẽ các vụ bông với các loại cây họ đậu như đậu phộng (lạc), đậu nành, và khoai lang.
Khi nông dân bắt đầu trồng đậu phộng và khoai lang theo lời khuyên của Carver, họ đối mặt với một vấn đề mới: sản lượng dư thừa và không có thị trường tiêu thụ. Để giải quyết vấn đề này, Carver đã lao vào nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. Ông đã tìm ra và phát triển hơn 300 công dụng khác nhau từ cây đậu phộng, bao gồm: dầu ăn, sữa, bơ đậu phộng, mực in, xà phòng, mỹ phẩm, và thậm chí cả nhiên liệu sinh học. Tương tự, ông cũng phát triển hơn 118 sản phẩm từ khoai lang, như bột, đường, giấm, và keo dán. Bằng cách tạo ra hàng trăm sản phẩm mới này, ông đã xây dựng nên những thị trường hoàn toàn mới, giúp người nông dân có thể bán sản phẩm của mình và thoát khỏi sự phụ thuộc vào cây bông.
Carver hiểu rằng chỉ phát minh thôi là chưa đủ. Ông đã nỗ lực không mệt mỏi để mang kiến thức đến với những người nông dân nghèo nhất. Ông đã thiết kế một phòng thí nghiệm di động trên một chiếc xe ngựa để có thể đi đến các vùng nông thôn hẻo lánh, trực tiếp trình diễn các kỹ thuật canh tác bền vững và hướng dẫn người dân cải tạo đất đai ngay trên mảnh ruộng của họ.
George Washington Carver không chỉ là một nhà khoa học lỗi lạc mà còn là một nhà giáo dục và nhà nhân đạo vĩ đại. Ông đã trao cho những người nông dân nghèo kiến thức và công cụ để trở nên tự chủ về kinh tế. Ông là một trong những người tiên phong của phong trào nông nghiệp bền vững và sử dụng tài nguyên tái tạo. Công trình của ông là minh chứng cho việc khoa học có thể phục vụ trực tiếp cho cuộc sống, cải thiện sinh kế và trả lại sự sống cho đất đai.
Mary-Dell Chilton
Mary-Dell Chilton (1939-hiện tại) là một trong những người sáng lập ra ngành công nghệ sinh học thực vật hiện đại. Bà được mệnh danh là "mẹ đẻ của cây trồng biến đổi gen (GMO)" nhờ công trình tiên phong giải mã cách đưa gen ngoại lai vào thực vật. Đóng góp của bà đã tạo ra công cụ nền tảng cho phép các nhà khoa học cải tiến cây trồng ở cấp độ phân tử, mở ra một cuộc cách mạng trong nông nghiệp.
Trước công trình của Chilton, việc cải tiến giống cây trồng chủ yếu dựa vào lai tạo truyền thống, một quá trình chậm chạp, tốn nhiều công sức và bị giới hạn trong cùng một loài hoặc các loài có họ hàng gần gũi. Các nhà khoa học từ lâu đã mơ ước có thể chọn một gen cụ thể mang đặc tính mong muốn (ví dụ: gen kháng sâu bệnh) và đưa trực tiếp vào bộ gen của một cây trồng. Tuy nhiên, họ thiếu một công cụ đáng tin cậy để thực hiện việc "chuyển gen" này.
Vào những năm 1970 và đầu những năm 1980, Mary-Dell Chilton đã dẫn đầu một nhóm nghiên cứu khám phá một hiện tượng tự nhiên: sự hình thành các khối u ở thực vật (bệnh u sùi) gây ra bởi vi khuẩn đất có tên là Agrobacterium tumefaciens. Bà và các đồng nghiệp đã có những phát hiện đột phá, chứng minh rằng vi khuẩn Agrobacterium gây bệnh bằng cách chèn một đoạn DNA nhỏ của chính nó vào bộ gen của tế bào thực vật. Đoạn DNA này nằm trên một vòng DNA gọi là Ti plasmid (tumor-inducing plasmid - plasmid gây ung thư). Về cơ bản, vi khuẩn này hoạt động như một "kỹ sư di truyền" tự nhiên, sử dụng Ti plasmid như một phương tiện vận chuyển để đưa vật liệu di truyền của nó vào vật chủ.
Bước ngoặt vĩ đại của Chilton là nhận ra rằng cơ chế này có thể được "thuần hóa". Bà đưa ra giả thuyết rằng nếu có thể loại bỏ các gen gây khối u ra khỏi plasmid Ti và thay thế chúng bằng các gen có lợi, thì vi khuẩn Agrobacterium sẽ trở thành một hệ thống phân phối hoàn hảo để đưa các gen mong muốn vào cây trồng. Năm 1983, nhóm của bà, cùng với hai nhóm khác làm việc độc lập, đã thành công trong việc tạo ra cây trồng chuyển gen đầu tiên (thuốc lá) bằng phương pháp này, chứng minh giả thuyết của bà là hoàn toàn chính xác.
Khám phá của Mary-Dell Chilton đã cung cấp cho thế giới công cụ nền tảng để phát triển nông nghiệp công nghệ sinh học. Phương pháp sử dụng Agrobacterium đã trở thành tiêu chuẩn vàng để tạo ra cây trồng chuyển gen. Nó cho phép các nhà khoa học đưa vào các đặc tính không thể có được thông qua lai tạo truyền thống. Công trình của bà là tiền đề trực tiếp cho việc phát triển các loại cây trồng biến đổi gen thương mại quan trọng nhất hiện nay, bao gồm: cây trồng kháng bệnh, cây trồng kháng thuốc trừ cỏ, cây trồng cải thiện dinh dưỡng. Thay vì mất nhiều năm lai tạo và chọn lọc, công nghệ sinh học cho phép các nhà khoa học bổ sung hoặc điều chỉnh một đặc tính cụ thể một cách nhanh chóng và chính xác.
Mary-Dell Chilton đã nhận được Giải thưởng Lương thực Thế giới năm 2013 vì những đóng góp to lớn của mình. Bà đã biến một ý tưởng khoa học viễn tưởng thành hiện thực, cung cấp cho nhân loại một trong những công cụ mạnh mẽ nhất để đối mặt với thách thức an ninh lương thực toàn cầu. Công trình của bà là nền tảng cho gần như toàn bộ ngành nông nghiệp công nghệ sinh học hiện đại.
Kết luận
Từ phản ứng của Liebig đối với đất đai kiệt quệ ở châu Âu, đến cuộc chạy đua của Haber và Bosch chống lại các dự đoán của Malthus, cuộc chiến chống nạn đói của Borlaug, và cuộc đấu tranh của Carver chống lại sự ràng buộc kinh tế, mỗi câu chuyện là một minh chứng cho việc khoa học vươn lên để đối mặt với một thách thức xã hội sâu sắc.
Nhìn về tương lai, những bài học từ các nhân vật lịch sử này là vô giá. Những thách thức lớn của thế kỷ 21 - nuôi sống dân số 10 tỷ người trong bối cảnh biến đổi khí hậu, khan hiếm tài nguyên và nhu cầu cấp thiết về một hệ thống lương thực toàn cầu thực sự bền vững và công bằng - đòi hỏi một sự tổng hợp của tất cả các cuộc cách mạng này. Tương lai có lẽ nằm ở sự kết hợp giữa độ chính xác của công nghệ sinh học, những thành tựu về năng suất của Cách mạng Xanh, sự hiểu biết về hóa nông của Liebig, trí tuệ sinh thái của Carver và các công nghệ mới. Chỉ bằng cách tích hợp những di sản đa dạng này, chúng ta mới có thể hy vọng xây dựng một tương lai nơi sự sung túc không chỉ được tạo ra mà còn được duy trì cho tất cả mọi người.
