Las historias de ciencia ficción imaginan a los humanos del futuro viviendo en ciudades subterráneas en Marte, asteroides huecos y estaciones espaciales que flotan libremente lejos del sol. Pero si los humanos quieren sobrevivir en cualquiera de estos entornos hostiles y extraños, necesitarán formas de cultivar alimentos utilizando recursos limitados.
Algunos científicos se preguntan si es posible producir alimentos de manera más eficiente cultivando plantas en un ambiente oscuro donde no hay fotosíntesis.
Si bien la idea puede parecer tan ciencia ficción como las ciudades de Marte, un equipo de investigadores ha dado el primer paso para hacer realidad la idea con un estudio publicado en Nature Food. La investigación muestra que es posible cultivar plantas en la oscuridad con un compuesto a base de carbono llamado acetato, que se produce con energía solar. Los científicos esperan que este método, un tipo de "fotosíntesis artificial", pueda desbloquear nuevas formas de producir alimentos utilizando menos espacio físico y energía que la agricultura convencional.
Mientras que otros expertos se muestran escépticos de que sea posible un rediseño tan radical de la biología de las plantas, también están entusiasmados con la tecnología que los investigadores han inventado y las ideas innovadoras del equipo sobre cómo puede hacer que la producción de alimentos sea más eficiente.
"Tenemos que encontrar formas de cultivar plantas de manera más eficiente", dijo el autor del estudio Feng Jiao, profesor de química e ingeniería biomolecular en la Universidad de Delaware. ¿Cuál [solución] es la mejor? Creo que la belleza de la ciencia es que exploramos todas las posibilidades”. dice.
¿Más eficiente que la naturaleza?
A excepción de unos pocos entornos extremos, como las aguas termales de aguas profundas alimentadas por la energía química del sulfuro de hidrógeno que burbujea a través de las grietas en el fondo marino, toda la vida en la Tierra está alimentada por el sol. Incluso los principales depredadores, como los tigres y los tiburones, forman parte de complejas redes alimentarias que se extienden hasta las plantas y las diminutas algas verdes de los océanos. Estos llamados productores primarios son a través de la fotosíntesis, un proceso bioquímico impulsado por la luz solar; Tiene la capacidad de producir carbono orgánico a partir de dióxido de carbono.
Los investigadores descubrieron que varios tipos de hongos productores de hongos (blancos en estas imágenes) pueden crecer utilizando acetato de un electrolizador solar como única fuente de carbono y energía. Normalmente, tales hongos dependen del carbono orgánico producido por las plantas fotosintéticas.
Pero si bien la fotosíntesis es esencial para la vida tal como la conocemos, no es muy eficiente: solo el uno por ciento de la luz solar que cae sobre las plantas es capturada y utilizada para producir carbono orgánico. Si los humanos quieren establecer una presencia autosuficiente en el espacio, la reproducción utilizando la menor cantidad de recursos posible en este entorno ineficiente será un desafío.
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Al mismo tiempo, la presión de los agricultores para obtener más rendimiento de la tierra existente ante el aumento de la población mundial es un problema en el mundo de hoy.
Algunos científicos creen que la solución está en la ingeniería genética que permitirá a las plantas hacer la fotosíntesis de manera más eficiente. Los investigadores detrás del nuevo estudio proponen algo más extraordinario: reemplazar la fotosíntesis biológica con un proceso parcialmente artificial para convertir la luz solar en alimento. Los investigadores detrás del nuevo estudio dicen que su trabajo se ha emparejado por primera vez con el intento de un sistema fotosintético artificial de cultivar organismos productores de alimentos comunes.
Los sistemas de los investigadores se basan en el uso de una corriente eléctrica para impulsar reacciones químicas dentro de un dispositivo llamado electrolizador o electrolizador. En su último trabajo, los investigadores crearon un sistema electrolizador de energía solar de dos etapas que convierte el dióxido de carbono y el agua en oxígeno y acetato, un compuesto simple a base de carbono.
Luego, los autores alimentaron con este acetato a Chlamydomonas reinhardtii, un alga verde fotosintética. También dieron acetato a las levaduras nutricionales y a los hongos productores de hongos, que no hacen la fotosíntesis por sí solos sino que necesitan el carbono orgánico producido por las plantas para crecer.
Un tipo de alga llamada Chlamydomonas, que normalmente necesita la luz solar para impulsar la fotosíntesis, crece bien en la oscuridad, volviendo verde una botella de acetato (derecha). El matraz de control (izquierda) no contenía acetato. Todos estos organismos pudieron absorber acetato y crecer en la oscuridad, independientemente de la luz solar o del carbono derivado de la fotosíntesis.
En comparación con la fotosíntesis, el proceso fue sorprendentemente eficiente. Utilizando la fotosíntesis artificial, las algas verdes pueden convertir la energía solar en biomasa con una eficiencia cuatro veces mayor que los productos que utilizan la fotosíntesis biológica.
La levadura cultivada mediante este proceso fue casi 18 veces más eficiente energéticamente que los cultivos.
“Esta es una de las principales ventajas de usar caminos artificiales sobre los caminos de la naturaleza”, dice Jiao.
Para más información: https://www.agritechfuture.com/