طريقة التمثيل الضوئي الاصطناعي الجديدة تنمو الغذاء بدون أشعة الشمس

كيف يمكننا زراعة المزيد من الغذاء باستخدام موارد أقل؟ لقد ركز العلماء على هذا السؤال لعقود إن لم يكن لقرون ، حيث يتطلب عدد سكان العالم المتزايد باستمرار البحث عن طرق جديدة لإنتاج الغذاء بطرق مستدامة وبأسعار معقولة.

هذا سؤال لم يفكر فيه معظمنا أبدًا ، لأنه يبدو غير مفهوم: ماذا لو أمكن للمحاصيل أن تنمو بدون ضوء الشمس - لا مزرعة عموديةعلى غرار ، حيث يحل ضوء LED محل الشمس ، ولكن في ظلام دامس؟

ورقة نشرت الأسبوع الماضي في أغذية الطبيعة تفاصيل طريقة لفعل ذلك بالضبط.

البناء الضوئي يستخدم سلسلة من التفاعلات الكيميائية لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء وأشعة الشمس إلى جلوكوز وأكسجين. تأتي المرحلة المعتمدة على الضوء أولاً ، وتعتمد على ضوء الشمس لنقل الطاقة إلى النباتات ، والتي تحولها إلى طاقة كيميائية. تتبع المرحلة المستقلة عن الضوء (وتسمى أيضًا دورة كالفين) ، عندما يتم استخدام هذه الطاقة الكيميائية وثاني أكسيد الكربون لتكوين جزيئات الكربوهيدرات (مثل الجلوكوز).

وجد فريق بحثي من جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد وجامعة ديلاوير طريقة للقفز فوق المرحلة المعتمدة على الضوء تمامًا ، مما يوفر للنباتات الطاقة الكيميائية التي يحتاجونها لإكمال دورة كالفين في الظلام الدامس. استخدموا التحليل الكهربائي لتحويل ثاني أكسيد الكربون والماء إلى خلات، ملح أو إستر على شكل حمض الاسيتيك ولبنة بناء مشتركة للتخليق الحيوي (وهو أيضًا المكون الرئيسي للخل). قام الفريق بتغذية النباتات في الظلام بالأسيتات ، ووجدوا أنها كانت قادرة على استخدامها لأنها كانت ستستخدم الطاقة الكيميائية التي تحصل عليها من ضوء الشمس.

لقد جربوا طريقتهم على عدة أنواع من النباتات وقاسوا الاختلافات في كفاءة النمو بالمقارنة مع التمثيل الضوئي المنتظم. نمت الطحالب الخضراء بشكل أكثر كفاءة أربع مرات ، بينما شهدت الخميرة تحسنًا بمقدار 18 ضعفًا.

مشكلة التمثيل الضوئي ، على الرغم من وجودها منذ بداية الحياة على الأرض ، هي أنها قادرة فقط على تحويل حوالي واحد بالمائة من الطاقة التي تحصل عليها من ضوء الشمس إلى "طعام" للنبات. نجح الفريق أيضًا في تغذية نباتات اللوبيا ، والطماطم ، والتبغ ، والأرز ، والكانولا ، والبازلاء الخضراء ، بالأسيتات.

"عادةً ما تُزرع هذه الكائنات على السكريات المشتقة من النباتات أو المدخلات المشتقة من البترول - وهو نتاج عملية التمثيل الضوئي البيولوجي التي حدثت منذ ملايين السنين ،" محمد إليزابيث هان ، المؤلف الرئيسي المشارك للدراسة. "هذه التكنولوجيا هي طريقة أكثر كفاءة لتحويل الطاقة الشمسية إلى طعام ، مقارنة بإنتاج الغذاء الذي يعتمد على التمثيل الضوئي البيولوجي."

إن فصل نمو النبات عن ضوء الشمس ، كما يبدو غريبًا ، سيكون له فوائد محتملة ضخمة لإنتاج الغذاء. نظرًا لأن تغير المناخ يجعل الطقس وبالتالي غلة المحاصيل غير قابلة للتنبؤ بشكل متزايد ، فقد أصبح الأمر أكثر جاذبية - وضروريًا - لزراعة الغذاء في بيئات خاضعة للرقابة ، مثل تلك الموجودة في المزارع العمودية. إن القدرة على زراعة المزيد من المحاصيل في الداخل ستجلب أيضًا المنتجات إلى مستوى جديد تمامًا من "المحلي" ، حيث يمكن نظريًا زراعة المحاصيل التي تستخدم التمثيل الضوئي الاصطناعي لتحل محل ضوء الشمس في أي مكان تقريبًا.

"استخدام التمثيل الضوئي الاصطناعي يمكن أن تكون مناهج إنتاج الغذاء نقلة نوعية لكيفية إطعام الناس ، " محمد المؤلف المقابل للدراسة ، روبرت جينكرسون ، أستاذ مساعد في الهندسة الكيميائية والبيئية بجامعة كاليفورنيا في ريفرسايد. "من خلال زيادة كفاءة إنتاج الغذاء ، هناك حاجة إلى مساحة أقل من الأراضي ، وتقليل تأثير الزراعة على البيئة."

هناك بعض التفاصيل الأساسية التي يجب العمل عليها قبل أن يتم النظر بجدية في هذه المنهجية لإنتاج الغذاء على نطاق واسع. ما مقدار الطاقة والمياه والموارد الأخرى التي قد يستخدمها بالنسبة إلى الزراعة التقليدية أو تقنيات نمو الغذاء الأخرى المعززة بالتكنولوجيا؟ هل الملمس والنكهة والمحتوى الغذائي للنباتات التي يتم تغذيتها بالأسيتات مطابق لتلك التي تزرع في ضوء الشمس؟

يبدو التلاعب بالطبيعة دائمًا وكأنه مهمة غامضة ، ولكن من الثورة الخضراء إلى ظهور الكائنات المعدلة وراثيًا في العصر الحديث، لقد كان البشر يفعلون ذلك منذ قرون ؛ إلى حد ما ، كان بقاؤنا يعتمد على قدرتنا على التلاعب بالطبيعة. نحن نشهد تداعيات هذا التلاعب الآن ، لكن التقنيات مثل التمثيل الضوئي الاصطناعي قد ينتهي بنا الأمر إلى أن نكون جزءًا من صندوق الأدوات الذي سنحتاجه لإصلاح الضرر الذي أحدثناه - مع الاستمرار في إطعام عدد متزايد من سكان العالم.

الصورة الائتمان: ماركوس هارلاند دونواي / UCR

• كوينسمارت. أفضل بورصة للبيتكوين والعملات المشفرة في أوروبا.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. دخول مجاني.
• كريبتوهوك. الرادار. تجربة مجانية.
• المصدر: https://singularityhub.com/2022/07/01/new-artustry-photosynthesis-method-grows-food-with-no-sunshine/