Rewolucja w rolnictwie? Fotosyntezę zastąpiłaby nowa metoda bez udziału słońca
Fotosynteza, choć niezbędna dla życia na Ziemi, jest mało efektywna. Naukowcy proponują przełomową alternatywę – elektro-rolnictwo – która pozwala na wzrost roślin bez potrzeby światła słonecznego, zwiększając wydajność i minimalizując wpływ na środowisko. Czy to przyszłość produkcji żywności?
Spis treści:
- Od fotosyntezy do elektro-rolnictwa
- Uprawa bez światła
- Wykorzystanie „uśpionych” ścieżek metabolicznych
- Przyszłość elektro-rolnictwa
Trudno wyobrazić sobie świat, w którym rośliny nie potrzebują światła słonecznego do wzrostu. A jednak, choć brzmi to jak science fiction, naukowcy na całym świecie pracują nad technologią, która może zrewolucjonizować sposób produkcji żywności, eliminując tradycyjne rolnictwo zależne od natury. Proces, nazwany elektro-rolnictwem ma być bardziej efektywną alternatywą dla fotosyntezy, której efektywność, choć fundamentalna dla życia na Ziemi, wynosi zaledwie około 1%.
Nowa metoda została opisana w artykule naukowym w czasopiśmie „Joule”. Jej autorzy obiecują zmniejszyć zużycie ziemi, emisję dwutlenku węgla, a nawet umożliwić produkcję żywności w kosmosie.
Od fotosyntezy do elektro-rolnictwa
Fotosynteza jest podstawą niemal całego życia na Ziemi. Problem jednak polega na tym, że jest ona niezwykle nieefektywna. – Obecnie udało nam się osiągnąć około 4% efektywności w przekształcaniu energii słonecznej w energię chemiczną, co jest cztery razy bardziej efektywne niż fotosynteza – wyjaśnia Feng Jiao, elektrochemik z Washington University w St. Louis. Ten skok technologiczny jest możliwy dzięki nowemu procesowi, w którym energia słoneczna jest wykorzystywana do przeprowadzania reakcji chemicznej między dwutlenkiem węgla a wodą. To prowadzi do produkcji octanu, związku chemicznego podobnego do kwasu octowego, głównego składnika octu.
Octan ten, w przeciwieństwie do tradycyjnych procesów fotosyntetycznych, może być wykorzystywany jako źródło energii przez organizmy takie jak grzyby, drożdże czy algi. Ale, co najciekawsze, naukowcy próbują stworzyć rośliny, które mogłyby „jeść” octan zamiast polegać na fotosyntezie. To odważny krok w stronę odłączenia produkcji roślinnej od światła słonecznego i całkowitego przekształcenia systemów rolnych.
Uprawa bez światła
Elektro-rolnictwo zakłada, że zamiast rozległych pól uprawnych, przyszłe gospodarstwa będą składały się z wielopiętrowych budynków, gdzie rośliny będą rosły hydroponicznie, czyli w wodnych roztworach odżywczych, zasilanych octanem. Panele słoneczne zamontowane na budynkach pochłaniałyby energię słoneczną, a następnie zasilały proces chemiczny wytwarzania octanu .
– Jeśli nie musimy już uprawiać roślin przy użyciu światła słonecznego, możemy oddzielić rolnictwo od środowiska i hodować żywność w kontrolowanych warunkach wewnętrznych – mówi Robert Jinkerson, biolog z University of California w Riverside i współautor badań. – Myślę, że nadszedł czas, aby wprowadzić rolnictwo na kolejny poziom technologii i produkować żywność w sposób, który nie zależy od natury.
Zmiana ta mogłaby mieć ogromne znaczenie dla zmniejszenia ilości ziemi potrzebnej do uprawy żywności. Badacze szacują, że w samych Stanach Zjednoczonych rolnictwo oparte na fotosyntezie mogłoby zostać zredukowane o 94%. Innowacja jest także kluczowa dla przyszłych misji kosmicznych. Możliwość uprawy roślin bez dostępu do światła słonecznego mogłaby umożliwić produkcję żywności na Marsie czy innych planetach, gdzie warunki naturalne nie sprzyjają tradycyjnym metodom rolnictwa.
Wykorzystanie „uśpionych” ścieżek metabolicznych
Jednym z najtrudniejszych wyzwań stojących przed naukowcami jest opracowanie roślin zdolnych do wykorzystywania octanu jako jedynego źródła energii. Jinkerson i jego zespół pracują nad „przeprogramowaniem” roślin, aby mogły korzystać ze szlaku metabolicznego, który normalnie jest używany tylko przez kiełkujące nasiona. To właśnie ten szlak pozwala roślinom przekształcać zapasy pożywienia zgromadzone w nasionach w energię, zanim zaczną korzystać z fotosyntezy.
– Próbujemy ponownie aktywować ten szlak metaboliczny w dorosłych roślinach, aby mogły korzystać z octanu jako źródła węgla i energii – mówi Jinkerson. – To analogiczne do nietolerancji laktozy u ludzi. Jako niemowlęta możemy trawić laktozę, ale u wielu osób ten szlak metaboliczny zanika w miarę dorastania.
Pierwsze próby inżynierii genetycznej dotyczyły pomidorów i sałaty. Naukowcy mają nadzieję na rozwój tej technologii także dla innych podstawowych roślin uprawnych, w tym takich jak maniok, słodkie ziemniaki czy zboża. W dalszej perspektywie badacze planują opracowanie roślin, które będą w stanie uzyskiwać całą swoją energię z octanu. A to oznaczałoby, że w ogóle nie będą potrzebować światła do wzrostu.
Przyszłość elektro-rolnictwa
Choć elektro-rolnictwo jest na wczesnym etapie rozwoju, jego potencjalne korzyści są olbrzymie. Zmniejszenie zależności rolnictwa od światła słonecznego mogłoby nie tylko rozwiązać wiele problemów związanych ze zmianami klimatycznymi, ale także zrewolucjonizować sposób, w jaki produkujemy żywność w przyszłości. Feng Jiao jest jednak realistą. – To dopiero pierwszy krok, ale myślę, że wkrótce możemy liczyć na znaczną poprawę efektywności i obniżenie kosztów – komentuje.
Jak zauważają naukowcy, zanim rośliny będą w pełni zdolne do wzrostu w warunkach elektro-rolnictwa, minie jeszcze trochę czasu. Jednak organizmy takie jak grzyby, drożdże i algi mogą już dziś korzystać z tej technologii. Oznacza to, że jej komercjalizacja może nastąpić znacznie szybciej, niż się spodziewamy.
Źródło: Joule.
Nasz autor
Mateusz Łysiak
Dziennikarz zakręcony na punkcie podróżowania. Pierwsze kroki w mediach stawiał w redakcjach internetowej i papierowej magazynu „Podróże”. Redagował i wydawał m.in. w gazeta.pl i dziendobrytvn.pl. O odległych miejscach (czasem i tych bliższych) lubi pisać nie tylko w kontekście turystycznym, ale też przyrodniczym i społecznym. Marzy o tym, żeby zobaczyć zorzę polarną oraz Machu Picchu. Co poza szlakiem? Kuchnia włoska, reportaże i pływanie.