Neue künstliche Photosynthesemethode baut Lebensmittel ohne Sonnenschein an

Wie können wir mit weniger Ressourcen mehr Nahrung anbauen? Wissenschaftler beschäftigen sich seit Jahrzehnten, wenn nicht Jahrhunderten mit dieser Frage, da eine ständig wachsende Weltbevölkerung ständig nach neuen Wegen suchen muss, um Lebensmittel auf nachhaltige und erschwingliche Weise zu produzieren.

Hier ist eine Frage, über die sich die meisten von uns nie Gedanken gemacht haben, weil sie so unergründlich erscheint: Was wäre, wenn Pflanzen ohne Sonnenlicht wachsen könnten – nicht vertikale Farm-Stil, wo LED-Licht die Sonne ersetzt, aber in völliger Dunkelheit?

Ein Papier, das letzte Woche in veröffentlicht wurde Naturkost beschreibt eine Methode, um genau das zu tun.

Photosynthese verwendet eine Reihe von chemischen Reaktionen, um Kohlendioxid, Wasser und Sonnenlicht in Glukose und Sauerstoff umzuwandeln. Die lichtabhängige Stufe steht an erster Stelle und ist auf das Sonnenlicht angewiesen, um Energie an Pflanzen zu übertragen, die sie in chemische Energie umwandeln. Das lichtunabhängige Stadium (auch Calvin-Zyklus genannt) folgt, wenn diese chemische Energie und Kohlendioxid verwendet werden, um Kohlenhydratmoleküle (wie Glukose) zu bilden.

Ein Forschungsteam der UC Riverside und der University of Delaware hat einen Weg gefunden, das lichtabhängige Stadium vollständig zu überspringen und Pflanzen mit der chemischen Energie zu versorgen, die sie benötigen, um den Calvin-Zyklus in völliger Dunkelheit zu vollenden. Sie verwendeten eine Elektrolyse, um Kohlendioxid und Wasser in umzuwandeln Acetat, eine Salz- oder Esterform von Essigsäure und ein üblicher Baustein für die Biosynthese (es ist auch der Hauptbestandteil von Essig). Das Team verfütterte das Acetat im Dunkeln an Pflanzen und stellte fest, dass sie es so verwenden konnten, wie sie die chemische Energie verwendet hätten, die sie vom Sonnenlicht erhalten würden.

Sie probierten ihre Methode an mehreren Pflanzensorten aus und maßen die Unterschiede in der Wachstumseffizienz im Vergleich zur normalen Photosynthese. Grünalgen wuchsen viermal effizienter, während Hefe eine 18-fache Verbesserung verzeichnete.

Das Problem mit der Photosynthese, obwohl es sie schon seit Beginn des Lebens auf der Erde gibt, ist, dass sie nur etwa ein Prozent der Energie, die sie aus dem Sonnenlicht erhält, in „Nahrung“ für die Pflanze umwandeln kann. Das Team hatte auch Erfolg bei der Verfütterung von Acetat an Langbohnen-, Tomaten-, Tabak-, Reis-, Raps- und grüne Erbsenpflanzen.

„Normalerweise werden diese Organismen auf Zuckern kultiviert, die aus Pflanzen oder aus Erdöl stammen – was ein Produkt der biologischen Photosynthese ist, die vor Millionen von Jahren stattfand.“ sagte Elizabeth Hann, Co-Erstautorin der Studie. „Diese Technologie ist eine effizientere Methode, um Sonnenenergie in Lebensmittel umzuwandeln, verglichen mit der Lebensmittelproduktion, die auf biologischer Photosynthese beruht.“

Die Entkopplung des Pflanzenwachstums vom Sonnenlicht, so bizarr es auch klingen mag, hätte enorme potenzielle Vorteile für die Lebensmittelproduktion. Da der Klimawandel das Wetter und damit die Ernteerträge zunehmend unvorhersehbar macht, wird es attraktiver – und notwendiger –, Lebensmittel in kontrollierten Umgebungen wie denen von anzubauen vertikale Farmen. In der Lage zu sein, mehr Pflanzen in Innenräumen anzubauen, würde die Produkte auch auf ein ganz neues Niveau von „lokal“ bringen, da Pflanzen, die künstliche Photosynthese verwenden, um das Sonnenlicht zu ersetzen, theoretisch fast überall angebaut werden könnten.

"Mit künstliche Photosynthese Ansätze zur Lebensmittelproduktion könnten ein Paradigmenwechsel für die Art und Weise sein, wie wir Menschen ernähren“, sagte der korrespondierende Autor der Studie, Robert Jinkerson, Assistenzprofessor für Chemie- und Umwelttechnik an der UC Riverside. „Durch die Steigerung der Effizienz der Lebensmittelproduktion wird weniger Land benötigt, wodurch die Auswirkungen der Landwirtschaft auf die Umwelt verringert werden.“

Es gibt einige Schlüsseldetails, die ausgearbeitet werden müssten, bevor diese Methodik ernsthaft für die Lebensmittelproduktion in großem Maßstab in Betracht gezogen werden könnte. Wie viel Energie, Wasser und andere Ressourcen würde es im Vergleich zu traditioneller Landwirtschaft oder anderen technologiegestützten Anbautechniken für Nahrungsmittel verbrauchen? Ist die Textur, der Geschmack und der Nährstoffgehalt von Pflanzen, die mit Acetat gefüttert werden, identisch mit denen, die im Sonnenlicht gezüchtet werden?

An der Natur herumzubasteln scheint immer ein düsteres Unterfangen zu sein, aber von der Grüne Revolution zu den Aufkommen der modernen GVO, Menschen tun dies seit Jahrhunderten; Bis zu einem gewissen Grad war unser Überleben von unserer Fähigkeit abhängig, die Natur zu manipulieren. Wir sehen jetzt die Folgen dieser Manipulation, aber Techniken wie künstliche Photosynthese könnte Teil des Werkzeugkastens werden, den wir brauchen, um den Schaden zu reparieren, den wir angerichtet haben – und gleichzeitig eine wachsende Weltbevölkerung zu ernähren.

Bild-Kredit: Marcus Harland-Dunaway/UCR

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• Quelle: https://singularityhub.com/2022/07/01/new-artificial-photosynthesis-method-grows-food-with-no-sunshine/