Научно-фантастические рассказы представляют людей будущего, живущих в подземных городах на Марсе, полых астероидах и свободно плавающих космических станциях вдали от Солнца. Но если люди хотят выжить в любой из этих суровых и чуждых сред, им понадобятся способы выращивания пищи с использованием ограниченных ресурсов.
Некоторые ученые задаются вопросом, можно ли более эффективно производить пищу, выращивая растения в темноте, где нет фотосинтеза.
Хотя эта идея может звучать как научная фантастика, как города на Марсе, группа исследователей сделала первый шаг к реализации идеи, опубликовав исследование в журнале Nature Food. Исследования показывают, что можно выращивать растения в темноте с помощью углеродсодержащего соединения под названием ацетат, которое производится с использованием солнечной энергии. Ученые надеются, что этот метод, тип «искусственного фотосинтеза», может открыть новые способы производства продуктов питания с использованием меньшего физического пространства и энергии, чем обычное сельское хозяйство.
В то время как другие эксперты скептически относятся к возможности такой радикальной перестройки биологии растений, они также воодушевлены технологией, изобретенной исследователями, и новаторскими идеями команды о том, как сделать производство продуктов питания более эффективным.
«Мы должны найти способы более эффективного выращивания растений», — сказал автор исследования Фэн Цзяо, профессор химии и биомолекулярной инженерии в Университете Делавэра. Какое [решение] лучше? Я думаю, что красота науки в том, что мы исследуем все возможности». говорит.
Эффективнее, чем природа?
За исключением нескольких экстремальных условий, таких как глубоководные горячие источники, работающие за счет химической энергии сероводорода, бурлящего через трещины на морском дне, вся жизнь на Земле питается от солнца. Даже высшие хищники, такие как тигры и акулы, являются частью сложных пищевых сетей, которые распространяются на растения и крошечные зеленые водоросли в океанах. Эти так называемые первичные производители действуют посредством фотосинтеза, биохимического процесса, приводимого в действие солнечным светом; Он обладает способностью производить органический углерод из углекислого газа.
Исследователи обнаружили, что несколько видов грибов (белые на этих изображениях) могут расти, используя ацетат из солнечного электролизера в качестве единственного источника углерода и энергии. Обычно такие грибы зависят от органического углерода, производимого фотосинтезирующими растениями.
Но хотя фотосинтез необходим для жизни в том виде, в каком мы его знаем, он не очень эффективен: только один процент солнечного света, падающего на растения, фактически улавливается и используется для производства органического углерода. Если люди хотят установить самоподдерживающееся присутствие в космосе, воспроизводство с использованием как можно меньшего количества ресурсов в этой неэффективной среде будет проблемой.
Похожие товары
В то же время давление фермеров с целью получить больше урожая с существующих земель перед лицом увеличения населения мира является проблемой в современном мире.
Некоторые ученые считают, что решение лежит в генной инженерии, которая позволит растениям более эффективно фотосинтезировать. Исследователи, стоящие за новым исследованием, предлагают нечто более экстраординарное: замену биологического фотосинтеза частично искусственным процессом преобразования солнечного света в пищу. Исследователи, стоящие за новым исследованием, говорят, что их работа впервые была объединена с попыткой искусственной фотосинтетической системы вырастить обычные организмы, производящие пищу.
Системы исследователей основаны на использовании электрического тока для запуска химических реакций в устройстве, называемом электролизером или электролизером. В своей последней работе исследователи создали двухступенчатую систему электролизера на солнечной энергии, которая преобразует углекислый газ и воду в кислород и ацетат, простое соединение на основе углерода.
Затем авторы скормили этот ацетат Chlamydomonas reinhardtii, фотосинтезирующей зеленой водоросли. Они также дали ацетат пищевым дрожжам и грибам, производящим грибы, которые не фотосинтезируют сами по себе, но для роста нуждаются в органическом углероде, вырабатываемом растениями.
Разновидность водорослей под названием Chlamydomonas, которая обычно нуждается в солнечном свете для ускорения фотосинтеза, хорошо растет в темноте, окрашивая бутылку с ацетатом в зеленый цвет (справа). Контрольная колба (слева) не содержала ацетата. Все эти организмы могли поглощать ацетат и расти в темноте, независимо от солнечного света или фотосинтетически полученного углерода.
По сравнению с фотосинтезом этот процесс оказался на удивление эффективным. Используя искусственный фотосинтез, зеленые водоросли могут преобразовывать солнечную энергию в биомассу примерно в четыре раза эффективнее, чем продукты, использующие биологический фотосинтез.
Дрожжи, выращенные с использованием этого процесса, были почти в 18 раз более энергоэффективными, чем сельскохозяйственные культуры.
«Это одно из основных преимуществ использования искусственных дорог по сравнению с природными путями», — говорит Цзяо.
Для получения дополнительной информации: https://www.agritechfuture.com/