Ny metod för artificiell fotosyntes odlar mat utan solsken

Hur kan vi odla mer mat med mindre resurser? Forskare har varit fokuserade på denna fråga i årtionden om inte århundraden, eftersom en ständigt växande global befolkning kräver att ständigt söka nya sätt att producera mat på hållbara och prisvärda sätt.

Här är en fråga som de flesta av oss aldrig har funderat på, eftersom den verkar så outgrundlig: tänk om grödor kunde växa utan solljus – inte vertikal gård-stil, där LED-ljus ersätter solen, men i totalt mörker?

En tidning som publicerades förra veckan i Naturmat beskriver en metod för att göra just det.

Fotosyntes använder en serie kemiska reaktioner för att omvandla koldioxid, vatten och solljus till glukos och syre. Det ljusberoende stadiet kommer först och förlitar sig på solljus för att överföra energi till växter, som omvandlar det till kemisk energi. Det ljusoberoende stadiet (även kallat Calvin-cykeln) följer, när denna kemiska energi och koldioxid används för att bilda kolhydratmolekyler (som glukos).

Ett forskarlag från UC Riverside och University of Delaware hittade ett sätt att hoppa över det ljusberoende stadiet helt och hållet och förse växter med den kemiska energi de behöver för att slutföra Calvin-cykeln i totalt mörker. De använde en elektrolys för att omvandla koldioxid och vatten till acetat, en salt- eller esterform av ättiksyra och en gemensam byggsten för biosyntes (det är också huvudkomponenten i vinäger). Teamet matade acetatet till växter i mörkret och upptäckte att de kunde använda det eftersom de skulle ha använt den kemiska energin de skulle få från solljus.

De provade sin metod på flera sorter av växter och mätte skillnaderna i tillväxteffektivitet jämfört med vanlig fotosyntes. Grönalger växte fyra gånger mer effektivt, medan jäst såg en 18-faldig förbättring.

Problemet med fotosyntes, även om det har funnits sedan livets början på jorden, är att den bara kan omvandla ungefär en procent av energin den får från solljus till "mat" för växten. Teamet hade också framgång att mata acetat till cowpea-, tomat-, tobaks-, ris-, raps- och grönärtplantor.

"Vanligtvis odlas dessa organismer på socker som härrör från växter eller insatser från petroleum - vilket är en produkt av biologisk fotosyntes som ägde rum för miljoner år sedan." sade Elizabeth Hann, medförfattare till studien. "Denna teknik är en effektivare metod för att omvandla solenergi till mat, jämfört med livsmedelsproduktion som är beroende av biologisk fotosyntes."

Att frikoppla växttillväxt från solljus, hur bisarrt det än låter, skulle ha enorma potentiella fördelar för livsmedelsproduktion. Eftersom klimatförändringarna gör vädret och därmed skördarna allt mer oförutsägbara, blir det mer tilltalande – och nödvändigt – att odla mat i kontrollerade miljöer, som de vertikala gårdar. Att kunna odla fler grödor inomhus skulle också föra produkter till en helt ny nivå av "lokal", eftersom grödor som använde artificiell fotosyntes för att ersätta solljus teoretiskt sett skulle kunna odlas nästan var som helst.

"Använder sig av artificiell fotosyntes metoder för att producera mat kan vara ett paradigmskifte för hur vi matar människor, sade studiens motsvarande författare, Robert Jinkerson, en biträdande professor i kemi- och miljöteknik vid UC Riverside. "Genom att öka effektiviteten i livsmedelsproduktionen behövs mindre mark, vilket minskar den påverkan som jordbruket har på miljön."

Det finns några viktiga detaljer som skulle behöva utarbetas innan denna metod på allvar kan övervägas för storskalig livsmedelsproduktion. Hur mycket energi, vatten och andra resurser skulle den använda i förhållande till traditionellt jordbruk eller andra teknikförbättrade livsmedelstillväxttekniker? Är konsistensen, smaken och näringsinnehållet hos växter som matas med acetat identiska med de som odlas i solljus?

Att pyssla med naturen verkar alltid vara ett grumligt företag, men från gröna revolutionen till tillkomsten av dagens GMO, människor har gjort det i århundraden; till viss del har vår överlevnad varit beroende av vår förmåga att manipulera naturen. Vi ser nedfallet från den manipulationen nu, men tekniker som artificiell fotosyntes kan sluta med att bli en del av den verktygslåda som vi behöver för att reparera de skador vi har gjort – samtidigt som vi fortsätter att försörja en växande global befolkning.

Image Credit: Marcus Harland-Dunaway/UCR

• Myntsmart. Europas bästa bitcoin- och kryptobörs.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. FRI TILLGÅNG.
• CryptoHawk. Altcoin radar. Gratis provperiod.
• Källa: https://singularityhub.com/2022/07/01/new-artificial-photosynthesis-method-grows-food-with-no-sunshine/