Je človeška fotosinteza možna?

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

Could Human Photosynthesis Be Possible? - Decrypt PlatoBlockchain Data Intelligence. Vertical Search. Ai.

Fotosinteza – proces, s katerim rastline sončno svetlobo spremenijo v hrano – je lahko za mnoge ljudi opomnik na srednješolski naravoslovni tečaj in nič več. Toda vse več znanstvenikov, tehnoloških podjetnikov in zdravstvenih gurujev razmišlja o tem, ali je mogoče, da bi ljudje nekako posnemali ali vsaj približali način, kako rastline zbirajo hranila za preživetje in rast.

Povečano zanimanje za tako imenovano »človeško fotosintezo« v zadnjih nekaj letih se pogosto obravnava kot del večjega gibanja, znanega kot transhumanizem. Transhumanisti verjamejo, da bi človeška bitja lahko uporabljala tehnologijo za »biohack”, to je, da se fizično in kognitivno spremenijo in izboljšajo z uporabo orodij, da bi lahko prekašali človeško telo v njegovem naravnem stanju in celo živijo dlje ali popolnoma preprečiti smrt.

Transhumanisti, ki podpirajo zamisel o človeški fotosintezi, poudarjajo, da je način, kako rastline prejemajo hranila – z uporabo energije sončne svetlobe za oksidacijo vode in pretvorbo ogljikovega dioksida v glukozo – veliko bolj učinkovit v mnogih pogledih v primerjavi s človeškim načinom prejemanja hranil. Ljudje morajo loviti ali iskati (ali, kar je še huje, porabiti čas in sredstva za sajenje, negovanje in gojenje) hrane, nato kuhati, žvečiti in prebaviti to hrano, da končno asimilirajo njene vire. Če bi ljudje lahko nekako našli način za posnemanje fotosinteze, ki jo prikazujejo rastline, bi to prineslo številne koristi za posameznike in planet.

Spodaj si podrobneje ogledamo, kako bi lahko izgledala človeška fotosinteza, verjetnost, da je to možnost v naši prihodnosti, in možne koristi, ki bi jih lahko zagotovila.

Človeška fotosinteza: Sintetična biologija

Za nekatere vernike v možnost človeške fotosinteze je ključ do doseganja tega cilja na nastajajočem področju sintezne biologije. Sintetični biologi si prizadevajo uporabiti genetski material iz različnih virov za proizvodnjo novih organizmov ali omogočiti obstoječim organizmom, da izvajajo nove funkcije.

Po eni strani se zdi to nenavadna ideja v primeru ljudi in fotosinteze, saj bi lahko zahtevala nekako združevanje elementov človeške in rastlinske DNK. Ljudje in rastline imamo skupne genetske prednike, vendar se moramo ozreti stotine milijonov let nazaj, da jih najdemo. Od takrat smo se od rastlin oddaljili na nešteto načinov. Morda najbolj pomembno je, da so rastline med razvojem na splošno postale tanjše in bolj prozorne, medtem ko so ljudje in večina drugih živali postali debelejši in bolj neprozorni. Slednji dve od teh lastnosti ne vodita k fotosintezi iz številnih razlogov, med katerimi je nenazadnje ta, da velike živali zdaj potrebujejo ogromno energije, da lahko celo ohranijo status quo.

Toda sintetični biologi lahko trdijo, da obstajajo vidiki človeških in rastlinskih celic – ter človeške in rastlinske genetike –, ki so si lahko bolj podobni, kot bi pričakovali, in zaradi katerih bi lahko bila zamisel o integraciji elementov obeh oblik življenja manj namišljena kot se zdi.

Ključni dokaz, ki podpira možnost človeške fotosinteze, je dejstvo, da že obstajajo nekatere živali, ki fotosintezirajo. Na primer, grahova listna uš je vrsta žuželke, ki uporablja pigmente za pridobivanje sončne svetlobe in jo prenaša v celice za proizvodnjo energije. Elysia chlorotica je vrsta morskega polža, ki doseže nekaj podobnega fotosintezi na drugačen način: pridobi kloroplaste, celične dele rastlin, ki proizvajajo klorofil, da bi omogočili fotosintezo, z uživanjem določenih alg. Znanstveniki so opazili, da so ti polži preživeli brez hrane devet mesecev in se preživljali le z energijo sončne svetlobe. Kolonije koral uporabljajo fotosintetične dinoflagelate za pridobivanje energije iz sončne svetlobe, medtem ko pegasti močeradniki uporabljajo alge za izkoriščanje sončne energije pri razvoju znotraj svojih jajčec. Toda nekateri znanstveniki verjamejo, da bi zlasti morski polži lahko ponudili pot do človeške fotosinteze.

Ali ste vedeli?

Znanstveniki preučujejo možnost fotosinteze, ki jo nadzira človek, kot načina za morebitno ohranitev življenja na Marsu.

Elysia chlorotica pojedo kloroplaste alg in jih namestijo v svoj prebavni trakt ter med potjo izmenjujejo določene genetske elemente, da polžem pomagajo ohraniti kloroplaste skozi čas. Ta navidezno majhna zamenjava DNK bi lahko bila tisto, kar polžem pomaga, da lahko še naprej pridobivajo energijo iz sončne svetlobe več mesecev naenkrat.

Na podlagi tega, če bi lahko ljudje nekako vdelali kloroplaste v lastno kožo in podobno uporabili DNK alg za pomoč pri obnovi in vzdrževanju teh kloroplastov, je možno, da bi lahko začeli opravljati podobno funkcijo kot morski polži, jemati sončno svetlobo in uporabo izposojenih kloroplastov za pretvorbo v energijo.

Ovire za človeško fotosintezo

Seveda imajo drobne žuželke in morski polži bistveno manjšo maso, ki jo morajo vzdrževati v primerjavi z ljudmi, in podobno porabijo le majhen del energije, ki jo človek med drugim porabi za opravljanje osnovnih telesnih funkcij.

Količina površine kože, ki bi bila potrebna za fotosintezo dovolj energije, da nadomesti že en redni obrok, bi bila ogromna. To kaže nazaj na različne strukture, ki so jih rastline in ljudje razvili v milijonih in milijonih let. Rastline uporabljajo široke, tanke liste, da povečajo površino in hkrati zmanjšajo skupno prostornino, kar je idealna kombinacija za učinkovito fotosintezo. Ljudje pa smo debeli in mesnati. Imamo veliko višja razmerja med prostornino in površino, zaradi česar je toliko težje pridobiti dovolj energije s fotosintezo za preživetje (če bi bil ta proces nekega dne dejansko mogoč).

Poleg preprostega vprašanja površine je na prvem mestu logistika pridobivanja sončne svetlobe do kloroplastov. Ljudje bi morali biti večinoma negibni in prozorni, da bi to delovalo, poleg tega pa bi moralo biti na kožno celico vsaj na tisoče alg.

Možne koristi človeške fotosinteze

Vsi ti znaki kažejo na malo verjetnost, da se bodo ljudje kmalu, če sploh kdaj, v celoti preživljali s procesom, podobnim fotosintezi. Vendar pa obstaja potencialna srednja pot: kaj če je mogoče izkoristiti moč fotosinteze za pomoč pri dopolnitvi normalne človeške prehrane? Živali, ki uporabljajo fotosintezo ali podobne procese, to običajno počnejo na ta način, ne zato, da bi se v celoti preživljale samo s sončno svetlobo. Namesto tega uporabljajo fotosintezo za zagotavljanje nujnih ali rezervnih hranil v času, ko redni viri hrane morda niso na voljo.

Človeška fotosinteza, če jo kdaj dosežemo, bi lahko naredila več kot le zaščito pred lakoto. Če bi lahko ta proces izkoristili na primer v medicinske namene, je možno, da bi ljudje uporabili fotosintezo za pomoč pri poškodbah ali okrevanju ran ali da bi si pomagali pri doseganju majhnega povečanja energije za atletske namene, recimo.

Junija 2023, študija v akademski reviji Nature Communications ugotovili, da lahko človeška fotosinteza igra pomembno vlogo pri naši sposobnosti preživetja, medtem ko živimo zunaj planeta Zemlje. Z vse več govora o vrnitvi ljudi na Luno in celo o poskusu, da bi ljudi pripeljali na Mars, je vprašanje dolgoročne trajnosti in prehrane velika ovira. Fotoelektrokemično (PEC) napravo bi lahko uporabili za posnemanje fotosinteze v teh scenarijih, pri čemer bi vodo spremenili v kisik in reciklirali kemikalije, kot je ogljikov dioksid, v procesu. Medtem ko ljudje v tem primeru ne bi fotosintetizirali s komponentami alg v lastnih celicah, bi kljub temu izkoristili rastlinski proces, da bi pomagali zagotoviti bistvene sestavine življenja zunaj Zemljine atmosfere in ekosistema.

Čeprav se zdijo nekateri od teh ciljev oddaljeni, obstajajo ogromne spodbude, da poskusimo omogočiti človeško fotosintezo. Če bi celo delno pomagala zmanjšati potrebo po tradicionalnih virih hrane, bi bila fotosinteza močno orodje za odganjanje lakote za hitro rastočo populacijo, ki bi lahko do leta 2050 zahtevala kar 56 % več hrane na svetovni ravni v primerjavi s potrebami leta 2010. Poleg tega Če pomaga pri boju proti lakoti po svetu, bi lahko bila fotosinteza močno orodje v boju proti podnebnim spremembam, saj bi ljudem omogočila, da dragoceni površinski prostor planeta usmerijo v gojenje rastlin, ne za hrano, temveč s ciljem ublažitve temeljnih vzrokov podnebnih sprememb.

Človeška fotosinteza je morda še daleč, vendar so nedavni dogodki spodbudni. Šele lani so kemiki na Univerzi v Chicagu razvili nov mehanizem umetne fotosinteze, ki je na primer 10-krat učinkovitejši od prej obstoječih orodij.

Cheat Sheet

Človeška fotosinteza, prepričanje, da bomo ljudje nekega dne lahko izkoristili sončno svetlobo tako, da jo spremenimo v energijo na enak način kot rastline, je na splošno povezana z večjim gibanjem, znanim kot transhumanizem.
Transhumanizem trdi, da bi morali ljudje izkoristiti razvoj znanosti in tehnologije za ustvarjanje, uporabo in integracijo v svoja telesa orodij za pomoč pri telesni in duševni zmogljivosti ali dolgoživosti.
Proces fotosinteze za rastline vključuje uporabo energije sončne svetlobe za oksidacijo vode in pretvorbo ogljikovega dioksida v glukozo.
Če bo človeška fotosinteza nekoč mogoča, bi lahko delno ali znatno zmanjšala potrebo po tradicionalnih virih hrane, kot so pridelki, pomagala pri izkoreninjenju svetovne lakote in med drugim koristila okolju. Nekatere ocene kažejo, da bo človeštvo do leta 2050 na svetovni ravni potrebovalo 56 % več hrane kot leta 2010.
Nekateri verjamejo, da je ključ do potencialne človeške fotosinteze v sintetični biologiji, področju, ki uporablja genetske informacije iz enega živega organizma v drugem v poskusu izboljšanja fizičnih procesov in delovanja.
Podporniki gibanja za razvoj človeške fotosinteze lahko navajajo številne majhne živali, ki fotosintezirajo ali dokončajo podoben proces, vključno z morskimi polži in grahovimi ušmi.
Elysia chlorotica, vrsta morskega polža, se prehranjuje z algami in integrira kloroplaste v svoj prebavni sistem. Te kloroplaste lahko vzdržuje dlje časa in jih lahko izkoristi za fotosintezo sončne svetlobe. Nekateri od teh polžev so bili opaženi brez hrane do 9 mesecev naenkrat.
Glavne ovire za projekt človeške fotosinteze vključujejo dejstvo, da smo ljudje znatno večji od morskih polžev in drugih živali, za katere je znano, da posnemajo ta proces, da so naše potrebe po energiji veliko večje in da imamo med mnogimi drugimi neprozorno kožo.
Kljub temu nekateri menijo, da bi lahko fotosintetska orodja, kot je fotoelektrokemična (PEC) naprava, uporabili za posnemanje fotosinteze v omejenih zmogljivostih – recimo za dopolnitev rednih hranil, zaužitih s prehrano, ali za pomoč pri okrevanju ran.
Nazadnje znanstveniki preučujejo možnost fotosinteze, ki jo nadzira človek, kot načina za morebitno ohranitev življenja na Marsu ali v drugih vesoljskih misijah v prihodnosti.