Nieuwe kunstmatige fotosynthesemethode verbouwt voedsel zonder zonneschijn

Hoe kunnen we meer voedsel verbouwen met minder middelen? Wetenschappers houden zich al tientallen jaren, zo niet eeuwen, bezig met deze vraag, aangezien een steeds groter wordende wereldbevolking voortdurend op zoek is naar nieuwe manieren om voedsel op duurzame en betaalbare manieren te produceren.

Hier is een vraag die de meesten van ons nooit hebben overwogen, omdat het zo ondoorgrondelijk lijkt: wat als gewassen zouden kunnen groeien zonder zonlicht - niet verticale boerderij-stijl, waar LED-licht de zon vervangt, maar in totale duisternis?

Een paper dat vorige week werd gepubliceerd in Natuurvoedsel beschrijft een methode om precies dat te doen.

Fotosynthese gebruikt een reeks chemische reacties om koolstofdioxide, water en zonlicht om te zetten in glucose en zuurstof. De lichtafhankelijke fase komt eerst en is afhankelijk van zonlicht om energie over te dragen aan planten, die deze omzetten in chemische energie. Het lichtonafhankelijke stadium (ook wel de Calvincyclus genoemd) volgt, wanneer deze chemische energie en kooldioxide worden gebruikt om koolhydraatmoleculen (zoals glucose) te vormen.

Een onderzoeksteam van UC Riverside en de Universiteit van Delaware heeft een manier gevonden om volledig over het lichtafhankelijke stadium te springen, waardoor planten de chemische energie krijgen die ze nodig hebben om de Calvin-cyclus in totale duisternis te voltooien. Ze gebruikten een elektrolyse om koolstofdioxide en water om te zetten in acetaat, een zout- of estervorm van azijnzuur en een gemeenschappelijke bouwsteen voor biosynthese (het is ook het hoofdbestanddeel van azijn). Het team voerde het acetaat in het donker aan planten en ontdekte dat ze het konden gebruiken zoals ze de chemische energie zouden hebben gebruikt die ze van zonlicht zouden krijgen.

Ze probeerden hun methode uit op verschillende soorten planten en maten de verschillen in groei-efficiëntie in vergelijking met reguliere fotosynthese. Groene algen groeiden vier keer efficiënter, terwijl gist een 18-voudige verbetering zag.

Het probleem met fotosynthese, hoewel het al bestaat sinds het begin van het leven op aarde, is dat het slechts ongeveer één procent van de energie die het uit zonlicht haalt, kan omzetten in "voedsel" voor de plant. Het team had ook succes met het voeren van acetaat aan cowpea-, tomaat-, tabaks-, rijst-, canola- en groene erwtenplanten.

"Normaal gesproken worden deze organismen gekweekt op suikers die zijn afgeleid van planten of inputs die zijn afgeleid van aardolie - wat een product is van biologische fotosynthese die miljoenen jaren geleden plaatsvond," zei Elizabeth Hann, co-hoofdauteur van de studie. "Deze technologie is een efficiëntere methode om zonne-energie om te zetten in voedsel, in vergelijking met voedselproductie die afhankelijk is van biologische fotosynthese."

Het ontkoppelen van plantengroei van zonlicht, hoe bizar het ook klinkt, zou enorme potentiële voordelen hebben voor de voedselproductie. Omdat klimaatverandering het weer en dus de oogstopbrengsten steeds onvoorspelbaarder maakt, wordt het aantrekkelijker en noodzakelijker om voedsel te verbouwen in gecontroleerde omgevingen, zoals die van verticale boerderijen. Als we meer gewassen binnenshuis zouden kunnen telen, zouden de producten ook naar een heel nieuw niveau van 'lokaal' worden gebracht, aangezien gewassen die kunstmatige fotosynthese gebruikten om zonlicht te vervangen, in theorie vrijwel overal zouden kunnen worden verbouwd.

"Gebruik makend van kunstmatige fotosynthese benaderingen om voedsel te produceren kunnen een paradigmaverschuiving zijn voor hoe we mensen voeden, " zei de corresponderende auteur van de studie, Robert Jinkerson, een UC Riverside-assistent-professor in chemische en milieutechniek. "Door de efficiëntie van de voedselproductie te vergroten, is er minder land nodig, waardoor de impact van de landbouw op het milieu wordt verminderd."

Er zijn enkele belangrijke details die moeten worden uitgewerkt voordat deze methode serieus kan worden overwogen voor grootschalige voedselproductie. Hoeveel energie, water en andere hulpbronnen zou het verbruiken in vergelijking met traditionele landbouw of andere door technologie verbeterde technieken voor voedselgroei? Zijn de textuur, smaak en voedingswaarde van planten gevoed met acetaat identiek aan planten die in zonlicht worden gekweekt?

Knutselen met de natuur lijkt altijd een duistere onderneming, maar van de groene Revolutie aan de komst van moderne GGO's, mensen doen dit al eeuwen; tot op zekere hoogte is ons voortbestaan ​​afhankelijk geweest van ons vermogen om de natuur te manipuleren. We zien nu de gevolgen van die manipulatie, maar technieken zoals: kunstmatige fotosynthese zou uiteindelijk deel kunnen uitmaken van de gereedschapskist die we nodig hebben om de schade te herstellen die we hebben aangericht - terwijl we een groeiende wereldbevolking blijven voeden.

Krediet van het beeld: Marcus Harland-Dunaway/UCR

• Coinsmart. Europa's beste Bitcoin- en crypto-uitwisseling.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. GRATIS TOEGANG.
• CryptoHawk. Altcoin-radar. Gratis proefversie.
• Bron: https://singularityhub.com/2022/07/01/new-artificial-photosynthesis-method-grows-food-with-no-sunshine/