Θα μπορούσε να είναι δυνατή η ανθρώπινη φωτοσύνθεση;

Αναδημοσίευση από τον Πλάτωνα

Ακολουθούν: 0

Θα μπορούσε να είναι δυνατή η ανθρώπινη φωτοσύνθεση; - Αποκρυπτογραφήστε το PlatoBlockchain Data Intelligence. Κάθετη αναζήτηση. Ολα συμπεριλαμβάνονται.

Η φωτοσύνθεση -η διαδικασία με την οποία τα φυτά μετατρέπουν το φως του ήλιου σε τροφή- μπορεί να είναι για πολλούς ανθρώπους μια υπενθύμιση του μαθήματος των φυσικών επιστημών στο γυμνάσιο και τίποτα περισσότερο. Ωστόσο, ένας αυξανόμενος αριθμός επιστημόνων, επιχειρηματιών τεχνολογίας και γκουρού της υγείας εξετάζουν εάν είναι δυνατό για τα ανθρώπινα όντα να αντιγράψουν με κάποιο τρόπο ή τουλάχιστον να προσεγγίσουν τον τρόπο με τον οποίο τα φυτά συγκεντρώνουν θρεπτικά συστατικά για να συντηρηθούν και να αναπτυχθούν.

Το αυξημένο ενδιαφέρον για τη λεγόμενη «ανθρώπινη φωτοσύνθεση» τα τελευταία χρόνια θεωρείται συχνά ότι είναι μέρος ενός ευρύτερου κινήματος που είναι γνωστό ως μεταανθρωπισμός. Οι υπερανθρωπιστές πιστεύουν ότι τα ανθρώπινα όντα μπορεί να είναι σε θέση να χρησιμοποιήσουν την τεχνολογία για να «biohack», δηλαδή, να τροποποιήσουν και να ενισχύσουν τον εαυτό τους τόσο σωματικά όσο και γνωστικά, χρησιμοποιώντας εργαλεία για να μπορέσουν να ξεπεράσουν το ανθρώπινο σώμα στη φυσική του κατάσταση και ακόμη και να ζήσε περισσότερο ή να αποτρέψει εντελώς τον θάνατο.

Οι μεταανθρωπιστές που υποστηρίζουν την ιδέα της ανθρώπινης φωτοσύνθεσης επισημαίνουν τον τρόπο με τον οποίο τα φυτά λαμβάνουν θρεπτικά συστατικά - χρησιμοποιώντας ενέργεια από το ηλιακό φως για να οξειδώσουν το νερό και να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα σε γλυκόζη - πολύ πιο αποτελεσματικό από πολλές απόψεις σε σύγκριση με την ανθρώπινη μέθοδο λήψης θρεπτικών ουσιών. Οι άνθρωποι πρέπει να κυνηγήσουν ή να αναζητήσουν (ή, χειρότερα, να ξοδέψουν χρόνο και πόρους φυτεύοντας, γαλουχώντας και καλλιεργώντας) τροφή, στη συνέχεια να μαγειρέψουν, να μασήσουν και να αφομοιώσουν αυτή την τροφή για να αφομοιώσουν τελικά τους πόρους της. Εάν οι άνθρωποι μπορούσαν με κάποιο τρόπο να βρουν έναν τρόπο να αναπαράγουν τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης που εμφανίζουν τα φυτά, η σκέψη πάει, θα υπήρχαν πολλά οφέλη για τα άτομα και για τον πλανήτη.

Παρακάτω, ρίχνουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο πώς μπορεί να μοιάζει η ανθρώπινη φωτοσύνθεση, την πιθανότητα να είναι μια πιθανότητα στο μέλλον μας και τα πιθανά οφέλη που θα μπορούσε να προσφέρει.

Ανθρώπινη Φωτοσύνθεση: Συνθετική Βιολογία

Για ορισμένους πιστούς στη δυνατότητα της ανθρώπινης φωτοσύνθεσης, το κλειδί για την επίτευξη αυτού του στόχου βρίσκεται στο αναδυόμενο πεδίο της συνθετικής βιολογίας. Οι συνθετικοί βιολόγοι στοχεύουν να χρησιμοποιήσουν γενετικό υλικό από διαφορετικές πηγές για να παράγουν νέους οργανισμούς ή να επιτρέψουν στους υπάρχοντες οργανισμούς να επιτελούν νέες λειτουργίες.

Από τη μία πλευρά, αυτό φαίνεται να είναι μια περίεργη ιδέα στην περίπτωση των ανθρώπων και της φωτοσύνθεσης, καθώς μπορεί να απαιτεί κατά κάποιον τρόπο συνδυασμό στοιχείων ανθρώπινου και φυτικού DNA. Οι άνθρωποι και τα φυτά μοιράζονται κοινούς γενετικούς προγόνους, αλλά κάποιος πρέπει να κοιτάξει πίσω εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια για να τους βρει. Από τότε, έχουμε αποκλίνει από τα φυτά με αμέτρητους τρόπους. Ίσως το πιο σημαντικό είναι ότι τα φυτά έχουν γενικά γίνει λεπτότερα και πιο διαφανή κατά τη διάρκεια της ανάπτυξής τους, ενώ οι άνθρωποι και τα περισσότερα άλλα ζώα έχουν γίνει πιο χοντρά και πιο αδιαφανή. Τα δύο τελευταία από αυτά τα χαρακτηριστικά δεν ευνοούν τη φωτοσύνθεση για διάφορους λόγους, μεταξύ των οποίων ο σημαντικότερος είναι ότι τα μεγάλα ζώα χρειάζονται τώρα μια τεράστια ποσότητα ενέργειας για να διατηρήσουν ακόμη και το status quo.

Όμως, οι συνθετικοί βιολόγοι μπορεί να υποστηρίξουν ότι υπάρχουν πτυχές ανθρώπινων και φυτικών κυττάρων - και γενετική ανθρώπινη και φυτική - που μπορεί να είναι πιο παρόμοιες από ό, τι θα περίμενε κανείς και που θα μπορούσε να κάνει την ιδέα της ενσωμάτωσης στοιχείων και των δύο μορφών ζωής λιγότερο τραβηγμένη απ' όσο θα φαινόταν.

Ένα βασικό στοιχείο που υποστηρίζει τη δυνατότητα της ανθρώπινης φωτοσύνθεσης είναι το γεγονός ότι υπάρχουν ήδη κάποια ζώα που φωτοσυνθέτουν. Για παράδειγμα, η αφίδα μπιζελιού είναι ένας τύπος εντόμου που χρησιμοποιεί χρωστικές ουσίες για τη συλλογή του ηλιακού φωτός και τη μεταφορά του στα κύτταρα προκειμένου να παράγει ενέργεια. Elysia chlorotica είναι ένας τύπος θαλάσσιου γυμνοσάλιαγκας που επιτυγχάνει κάτι σαν τη φωτοσύνθεση με διαφορετικό τρόπο: αποκτά χλωροπλάστες, τα κυτταρικά μέρη των φυτών που παράγουν χλωροφύλλη προκειμένου να καταστεί δυνατή η φωτοσύνθεση, τρώγοντας συγκεκριμένα φύκια. Οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει αυτούς τους γυμνοσάλιαγκες να επιβιώνουν χωρίς τροφή για εννέα μήνες, διατηρώντας μόνο την ενέργεια από το ηλιακό φως. Αποικίες κοραλλιών χρησιμοποιούν φωτοσυνθετικά δινομαστιγώματα για να συλλέξουν ενέργεια από το ηλιακό φως, ενώ οι στικτές σαλαμάνδρες χρησιμοποιούν φύκια για να αξιοποιήσουν την ηλιακή ενέργεια στην ανάπτυξη μέσα στα αυγά τους. Ωστόσο, ορισμένοι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι θαλάσσιοι γυμνοσάλιαγκοι μπορεί να προσφέρουν μια πορεία προς την ανθρώπινη φωτοσύνθεση.

Αυτό το ξέρατε;

Οι επιστήμονες επιδιώκουν τη δυνατότητα της ελεγχόμενης από τον άνθρωπο φωτοσύνθεσης ως τρόπου δυνητικής διατήρησης της ζωής στον Άρη.

Elysia chlorotica τρώνε χλωροπλάστες φυκιών και εγκαταστήστε τους στο πεπτικό τους σύστημα, ανταλλάσσοντας ορισμένα γενετικά στοιχεία στην πορεία για να βοηθήσουν τους γυμνοσάλιαγκες να διατηρήσουν τους χλωροπλάστες με την πάροδο του χρόνου. Αυτή η φαινομενικά μικρή εναλλαγή DNA θα μπορούσε να είναι αυτό που βοηθά τους γυμνοσάλιαγκες να συνεχίσουν να μπορούν να κερδίζουν ενέργεια από το ηλιακό φως για πολλούς μήνες κάθε φορά.

Με αυτό το σκεπτικό, εάν οι άνθρωποι μπορούσαν με κάποιο τρόπο να ενσωματώσουν χλωροπλάστες στο δέρμα τους και παρομοίως να χρησιμοποιήσουν το DNA των φυκών για να βοηθήσουν στην ανοικοδόμηση και διατήρηση αυτών των χλωροπλαστών, είναι πιθανό ότι θα μπορούσαμε να αρχίσουμε να επιτελούμε παρόμοια λειτουργία με τους θαλάσσιους γυμνοσάλιαγκες, λαμβάνοντας ηλιακό φως και χρησιμοποιώντας δανεικούς χλωροπλάστες για τη μετατροπή του σε ενέργεια.

Εμπόδια στην ανθρώπινη φωτοσύνθεση

Φυσικά, τα μικροσκοπικά έντομα και οι θαλάσσιοι γυμνοσάλιαγκοι έχουν σημαντικά λιγότερη μάζα για διατήρηση σε σύγκριση με τον άνθρωπο, και ομοίως χρησιμοποιούν μόνο ένα μικρό κλάσμα της ενέργειας που κάνει ένας άνθρωπος για να εκτελεί, μεταξύ άλλων, βασικές σωματικές λειτουργίες.

Η ποσότητα της επιφάνειας του δέρματος που θα απαιτούνταν για να φωτοσυνθέσει αρκετή ενέργεια για να αντικαταστήσει έστω και ένα κανονικό γεύμα θα ήταν τεράστια. Αυτό δείχνει πίσω στις διαφορετικές δομές που έχουν εξελιχθεί τα φυτά και οι άνθρωποι κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων και εκατομμυρίων ετών. Τα φυτά χρησιμοποιούν πλατιά, λεπτά φύλλα για να μεγιστοποιήσουν το εμβαδόν της επιφάνειας ελαχιστοποιώντας τον συνολικό όγκο, έναν ιδανικό συνδυασμό για αποτελεσματική φωτοσύνθεση. Οι άνθρωποι, από την άλλη πλευρά, είναι χοντροί και σαρκώδεις. Έχουμε πολύ υψηλότερους λόγους όγκου προς επιφάνεια, γεγονός που καθιστά πολύ πιο δύσκολο να αποκτήσουμε ακόμη και δυνητικά αρκετή ενέργεια από τη φωτοσύνθεση για να επιβιώσουμε (αν αυτή η διαδικασία είναι πράγματι δυνατή κάποια μέρα).

Πέρα από το απλό ζήτημα του εμβαδού της επιφάνειας, υπάρχει εξαρχής η υλικοτεχνική υποστήριξη για να φτάσει το ηλιακό φως στους χλωροπλάστες. Οι άνθρωποι θα πρέπει να είναι σε μεγάλο βαθμό ακίνητοι και διαφανείς για να λειτουργήσει αυτό, και θα πρέπει να υπάρχουν τουλάχιστον χιλιάδες φύκια ανά κύτταρο δέρματος, ακόμη και πάνω από αυτά τα άλλα ζητήματα.

Πιθανά οφέλη από την ανθρώπινη φωτοσύνθεση

Όλα αυτά τα σημάδια δείχνουν ότι είναι απίθανο οι άνθρωποι να επιβιώσουν πλήρως από μια διαδικασία που μοιάζει με τη φωτοσύνθεση σύντομα, αν ποτέ. Ωστόσο, υπάρχει μια πιθανή μέση λύση: τι γίνεται αν είναι δυνατόν να αξιοποιηθούν οι δυνάμεις της φωτοσύνθεσης για να συμπληρωθεί η κανονική ανθρώπινη δίαιτα; Τα ζώα που κάνουν χρήση φωτοσύνθεσης ή παρόμοιων διαδικασιών το κάνουν γενικά με αυτόν τον τρόπο, όχι για να συντηρηθούν πλήρως χρησιμοποιώντας μόνο το ηλιακό φως. Αντίθετα, κάνουν χρήση της φωτοσύνθεσης για να παρέχουν έκτακτα ή εφεδρικά θρεπτικά συστατικά σε μια εποχή που οι τακτικές πηγές τροφής μπορεί να μην είναι διαθέσιμες.

Η ανθρώπινη φωτοσύνθεση, εάν την επιτύχουμε ποτέ, θα μπορούσε να κάνει περισσότερα από το να μας προσφέρει απλώς προστασία από την πείνα. Αν αυτή η διαδικασία μπορούσε να αξιοποιηθεί για ιατρικούς σκοπούς, για παράδειγμα, είναι κατανοητό ότι οι άνθρωποι θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τη φωτοσύνθεση για να βοηθήσουν στην αποκατάσταση τραυματισμών ή πληγών ή για να βοηθήσουμε τους εαυτούς μας να επιτύχουμε μια μικρή ώθηση ενέργειας για αθλητικούς σκοπούς, ας πούμε.

Τον Ιούνιο του 2023, μια μελέτη στο ακαδημαϊκό περιοδικό Nature Communications διαπίστωσε ότι η ανθρώπινη φωτοσύνθεση θα μπορούσε να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην ικανότητά μας να συντηρούμε τον εαυτό μας ενώ ζούμε έξω από τον πλανήτη Γη. Με όλο και περισσότερες συζητήσεις για την επιστροφή των ανθρώπων στο φεγγάρι και ακόμη και την προσπάθεια να φέρουν ανθρώπους στον Άρη, το ζήτημα της μακροπρόθεσμης βιωσιμότητας και διατροφής είναι ένα σημαντικό εμπόδιο. Μια φωτοηλεκτροχημική συσκευή (PEC) θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την αναπαραγωγή της φωτοσύνθεσης σε αυτά τα σενάρια, μετατρέποντας το νερό σε οξυγόνο και ανακυκλώνοντας χημικές ουσίες όπως το διοξείδιο του άνθρακα στη διαδικασία. Ενώ οι άνθρωποι δεν θα φωτοσυνθέτουν μέσω συστατικών φυκιών στα δικά τους κύτταρα σε αυτήν την περίπτωση, θα αξιοποιούσαμε ωστόσο τη διαδικασία των φυτών για να βοηθήσουμε στην παροχή βασικών συστατικών της ζωής έξω από την ατμόσφαιρα και το οικοσύστημα της Γης.

Όσο μακρινοί κι αν φαίνονται ορισμένοι από αυτούς τους στόχους, υπάρχουν τεράστια κίνητρα για να προσπαθήσουμε να κάνουμε δυνατή την ανθρώπινη φωτοσύνθεση. Συμβάλλοντας στην άμβλυνση της ανάγκης για παραδοσιακές πηγές τροφίμων έστω και εν μέρει, η φωτοσύνθεση θα ήταν ένα ισχυρό εργαλείο για να αποτρέψει την πείνα για έναν ταχέως αναπτυσσόμενο πληθυσμό που, έως το 2050 θα μπορούσε να απαιτεί έως και 56% περισσότερη τροφή παγκοσμίως σε σύγκριση με τις ανάγκες του 2010. βοηθώντας στην καταπολέμηση της παγκόσμιας πείνας, η φωτοσύνθεση θα μπορούσε να είναι ένα ισχυρό εργαλείο στη μάχη κατά της κλιματικής αλλαγής, επιτρέποντας στους ανθρώπους να εστιάσουν τον πολύτιμο χώρο της επιφάνειας του πλανήτη σε καλλιέργεια φυτών όχι για τροφή, αλλά με στόχο την ανακούφιση από τις βαθύτερες αιτίες της κλιματικής αλλαγής.

Η ανθρώπινη φωτοσύνθεση μπορεί να είναι ακόμα μακριά, αλλά οι πρόσφατες εξελίξεις είναι ενθαρρυντικές. Μόλις πέρυσι, χημικοί στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο ανέπτυξαν έναν νέο μηχανισμό τεχνητής φωτοσύνθεσης 10 φορές πιο αποτελεσματικό από τα προηγούμενα εργαλεία, για παράδειγμα.

Cheat Sheet

Η ανθρώπινη φωτοσύνθεση, η πεποίθηση ότι οι άνθρωποι μπορεί κάποια μέρα να μπορέσουν να επωφεληθούν από το φως του ήλιου μετατρέποντάς το σε ενέργεια με τον ίδιο τρόπο όπως τα φυτά, συνδέεται ευρέως με ένα ευρύτερο κίνημα γνωστό ως μεταανθρωπισμός.
Ο μεταανθρωπισμός υποστηρίζει ότι τα ανθρώπινα όντα πρέπει να κάνουν χρήση των εξελίξεων στην επιστήμη και την τεχνολογία για να δημιουργήσουν, να χρησιμοποιήσουν και να ενσωματώσουν στο σώμα τους εργαλεία που θα βοηθήσουν στη σωματική και πνευματική απόδοση ή τη μακροζωία.
Η διαδικασία της φωτοσύνθεσης για τα φυτά περιλαμβάνει τη χρήση ενέργειας από το ηλιακό φως για την οξείδωση του νερού και τη μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε γλυκόζη.
Εάν η ανθρώπινη φωτοσύνθεση είναι κάποτε δυνατή, θα μπορούσε να μειώσει εν μέρει ή σημαντικά την ανάγκη για παραδοσιακές πηγές τροφίμων όπως οι καλλιέργειες, να βοηθήσει στην εξάλειψη της παγκόσμιας πείνας και να αποφέρει οφέλη για το περιβάλλον, μεταξύ πολλών άλλων. Ορισμένες εκτιμήσεις δείχνουν ότι μέχρι το έτος 2050 η ανθρωπότητα θα χρειάζεται 56% περισσότερα τρόφιμα παγκοσμίως σε σύγκριση με το 2010.
Μερικοί πιστεύουν ότι το κλειδί για την πιθανή ανθρώπινη φωτοσύνθεση βρίσκεται στη συνθετική βιολογία, ένα πεδίο που χρησιμοποιεί γενετικές πληροφορίες από έναν ζωντανό οργανισμό σε έναν άλλο σε μια προσπάθεια να βελτιώσει τις φυσικές διαδικασίες και την απόδοση.
Οι υποστηρικτές του κινήματος για την ανάπτυξη της ανθρώπινης φωτοσύνθεσης μπορεί να αναφέρουν έναν αριθμό μικρών ζώων που είτε φωτοσυνθέτουν είτε ολοκληρώνουν μια παρόμοια διαδικασία, συμπεριλαμβανομένων θαλάσσιων γυμνοσάλιαγκων και αφίδων μπιζελιού.
Elysia chlorotica, ένας τύπος θαλάσσιας γυμνοσάλιαγκας, τρώει φύκια και ενσωματώνει τους χλωροπλάστες μέσα στο δικό του πεπτικό σύστημα. Είναι σε θέση να διατηρήσει αυτούς τους χλωροπλάστες για μεγάλο χρονικό διάστημα και μπορεί να τους αξιοποιήσει για να φωτοσυνθέσει το ηλιακό φως. Μερικοί από αυτούς τους γυμνοσάλιαγκες έχουν παρατηρηθεί να παραμένουν χωρίς φαγητό για έως και 9 μήνες κάθε φορά.
Τα σημαντικότερα εμπόδια στο έργο της ανθρώπινης φωτοσύνθεσης περιλαμβάνουν το γεγονός ότι οι άνθρωποι είναι σημαντικά μεγαλύτεροι από τους θαλάσσιους γυμνοσάλιαγκες και άλλα ζώα που είναι γνωστό ότι αναπαράγουν αυτή τη διαδικασία, ότι οι ενεργειακές μας ανάγκες είναι πολύ μεγαλύτερες και ότι έχουμε αδιαφανές δέρμα, μεταξύ πολλών άλλων.
Ωστόσο, ορισμένοι πιστεύουν ότι τα φωτοσυνθετικά εργαλεία όπως μια φωτοηλεκτροχημική συσκευή (PEC) θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη μίμηση της φωτοσύνθεσης σε περιορισμένες δυνατότητες - ας πούμε, για τη συμπλήρωση κανονικών θρεπτικών συστατικών που καταναλώνονται μέσω μιας τροφικής δίαιτας ή για να βοηθήσουν στην αποκατάσταση του τραύματος.
Τέλος, οι επιστήμονες επιδιώκουν τη δυνατότητα της ελεγχόμενης από τον άνθρωπο φωτοσύνθεσης ως τρόπου δυνητικής διατήρησης της ζωής στον Άρη ή σε άλλες διαστημικές αποστολές στο μέλλον.