שיטת פוטוסינתזה מלאכותית חדשה מגדלת מזון ללא שמש

איך נוכל לגדל יותר מזון תוך שימוש בפחות משאבים? מדענים מתמקדים בשאלה זו במשך עשרות שנים אם לא מאות שנים, מכיוון שאוכלוסיה עולמית הולכת וגדלה מחייבת לחפש כל הזמן דרכים חדשות לייצור מזון בדרכים ברות קיימא ובמחיר סביר.

הנה שאלה שרובנו מעולם לא שקלנו, כי היא נראית כל כך בלתי נתפסת: מה אם יבולים היו יכולים לגדול ללא אור שמש - לא חווה אנכית-סגנון, שבו אור LED מחליף את השמש, אבל בחושך מוחלט?

מאמר שפורסם בשבוע שעבר ב אוכל טבע מפרט שיטה לעשות בדיוק את זה.

פוטוסינתזה משתמש בסדרה של תגובות כימיות כדי להמיר פחמן דו חמצני, מים ואור שמש לגלוקוז וחמצן. השלב התלוי באור מגיע ראשון, ומסתמך על אור השמש כדי להעביר אנרגיה לצמחים, הממירים אותה לאנרגיה כימית. השלב הבלתי תלוי באור (נקרא גם מחזור קלווין) מגיע, כאשר אנרגיה כימית זו ופחמן דו חמצני משמשים ליצירת מולקולות פחמימות (כמו גלוקוז).

צוות מחקר מאוניברסיטת UC Riverside ואוניברסיטת דלאוור מצא דרך לדלג על השלב התלוי באור לחלוטין, ולספק לצמחים את האנרגיה הכימית הדרושה להם כדי להשלים את מחזור קלווין בחושך מוחלט. הם השתמשו באלקטרוליזה כדי להמיר פחמן דו חמצני ומים אצטט, צורת מלח או אסטר של חומצה אצטית ואבן בניין משותפת לביו-סינתזה (זה גם המרכיב העיקרי של חומץ). הצוות הזין את האצטט לצמחים בחושך, ומצא שהם מסוגלים להשתמש בו כפי שהיו משתמשים באנרגיה הכימית שהם מקבלים מאור השמש.

הם ניסו את השיטה שלהם על כמה זנים של צמחים ומדדו את ההבדלים ביעילות הצמיחה בהשוואה לפוטוסינתזה רגילה. אצות ירוקות גדלו ביעילות פי 18, בעוד ששמרים ראו שיפור של פי XNUMX.

הבעיה עם פוטוסינתזה, למרות שהיא קיימת מאז תחילת החיים על כדור הארץ, היא שהיא מסוגלת להמיר רק כאחוז אחד מהאנרגיה שהיא מקבלת מאור השמש ל"מזון" לצמח. הצוות הצליח גם להאכיל אצטט לצמחי חומוס, עגבניות, טבק, אורז, קנולה ואפונה ירוקה.

"בדרך כלל, האורגניזמים הללו מעובדים על סוכרים שמקורם בצמחים או תשומות שמקורם בנפט - שהוא תוצר של פוטוסינתזה ביולוגית שהתרחשה לפני מיליוני שנים." אמר אליזבת האן, מחברת שותפה למחקר. "טכנולוגיה זו היא שיטה יעילה יותר להפיכת אנרגיה סולארית למזון, בהשוואה לייצור מזון המסתמך על פוטוסינתזה ביולוגית".

לניתוק צמיחת צמחים מאור השמש, עד כמה שזה נשמע מוזר, יהיו יתרונות פוטנציאליים עצומים לייצור מזון. ככל ששינויי האקלים הופכים את מזג האוויר ולפיכך את תפוקת היבול לבלתי צפויה יותר ויותר, זה הופך מושך יותר - והכרחי - לגדל מזון בסביבות מבוקרות, כמו אלה של חוות אנכיות. היכולת לגדל יותר יבולים בתוך הבית תביא גם את התוצרת לרמה חדשה לגמרי של "מקומי", שכן יבולים שהשתמשו בפוטוסינתזה מלאכותית כדי להחליף את אור השמש יכלו באופן תיאורטי לגדל כמעט בכל מקום.

"שימוש פוטוסינתזה מלאכותית גישות לייצור מזון יכולות להיות שינוי פרדיגמה לגבי האופן שבו אנו מאכילים אנשים", אמר המחבר המקביל למחקר, רוברט ג'ינקרסון, עוזר פרופסור להנדסה כימית וסביבתית ב-UC Riverside. "על ידי הגדלת היעילות של ייצור המזון, יש צורך בפחות קרקעות, מה שמפחית את ההשפעה שיש לחקלאות על הסביבה."

יש כמה פרטים מרכזיים שצריך לברר לפני שמתודולוגיה זו תישקל ברצינות לייצור מזון בקנה מידה גדול. כמה אנרגיה, מים ומשאבים אחרים היא תשתמש ביחס לחקלאות מסורתית או לטכניקות אחרות של גידול מזון משופרות בטכנולוגיה? האם המרקם, הטעם והתכולה התזונתית של צמחים המוזנים באצטאט זהים לאלו הגדלים באור השמש?

התעסקות עם הטבע תמיד נראית כמו משימה עכורה, אבל מה מהפכה ירוקה אל ה הופעת ה-GMO של ימינו, בני אדם עושים זאת במשך מאות שנים; במידה מסוימת ההישרדות שלנו הייתה תלויה ביכולת שלנו לתמרן את הטבע. אנחנו רואים את הנשורת מהמניפולציה הזו עכשיו, אבל טכניקות כמו פוטוסינתזה מלאכותית יכול להיות בסופו של דבר חלק מארגז הכלים שנצטרך כדי לתקן את הנזק שגרמנו - תוך כדי המשך האכלה של אוכלוסייה גלובלית גדלה.

תמונת אשראי: מרקוס הרלנד-דונוואי/UCR

• Coinsmart. בורסת הביטקוין והקריפטו הטובה באירופה.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה חופשית.
• CryptoHawk. רדאר אלטקוין. ניסיון חינם.
• מקור: https://singularityhub.com/2022/07/01/new-artificial-photosynthesis-method-grows-food-with-no-sunshine/