Rośliny będą rosnąć w ciemnościach? Naukowcy opracowali nową metodę sztucznej fotosyntezy i wygrali konkurs NASA

W tym artykule:

1. Dwuetapowa metoda sztucznej fotosyntezy
2. Sztuczna fotosynteza na Marsie i na Ziemi
3. Po co nam nowe sposoby hodowli roślin?

O tym, jak słoneczne światło jest ważne dla wzrostu roślin, najłatwiej przekonać się wiosną. Gdy dni się wydłużają, przyroda ożywa, a na polach i w warzywniakach kiełkują nasiona posiane późną jesienią lub wczesną wiosną.

By rosnąć, rośliny potrzebują kilku rzeczy:

• światła,
• wody,
• dwutlenku węgla,
• składników odżywczych pobieranych z gleby.

Z tych wszystkich elementów w procesie zwanym fotosyntezą rośliny produkują tlen, a także energię, którą zużywają, by się rozwijać. Naukowcy od dawna starają się odtworzyć proces fotosyntezy w laboratoriach. Chcą dzięki temu zwiększyć produkcję żywności, a ostatnio również opracować nowe metody przechwytywania z powietrza nadmiaru CO₂.

Naukowcy zasilali prosty komputer fotosyntetyzującymi sinicami. Działał przez pół roku!

Ponad sześć miesięcy pracował mikroprocesor, któremu energii dostarczały najprostsze jednokomórkowe organizmy, jakie żyją na Ziemi. Zdaniem naukowców, baterie z sinicami mogą być przysz...

W oryginalny sposób do zadania podeszli naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside. W najnowszym numerze czasopisma naukowego „Nature Food” ukazała się ich praca, w której opisują, jak udało im się zachęcić rośliny do wzrostu bez pomocy światła.

Dwuetapowa metoda sztucznej fotosyntezy

Proces, który opracowali uczeni, składa się z dwóch etapów. W pierwszym do specjalnie zaprojektowanego elektrolizatora – czyli urządzenia dokonującego elektrolizy – trafia woda, dwutlenek węgla i energia produkowana przez panele fotowoltaiczne.

Elektrolizator zamienia wszystkie te składniki w octany. Octany to sole lub estry kwasu octowego. Znamy je ze spożywczych octów, które np. dodajemy do sałatek.

W drugim etapie naukowcy „nakarmili” octanami hodowane w ciemnościach rośliny, a także grzyby, drożdże i algi. Okazało się, że rozwijały się tak, jakby znajdowały się na słońcu. Sam proces okazał się znacznie bardziej efektywny niż naturalny. Jak podają badacze, w czasie naturalnej fotosyntezy w biomasę zamienia się tylko jeden procent słonecznej energii. Podczas sztucznej fotosyntezy – cztery razy więcej.

Sztuczna fotosynteza na Marsie i na Ziemi

– Szukaliśmy podejścia, które pozwoli nam znaleźć nowe sposoby produkcji żywności, przekraczające ograniczenia nakładane przez „zwyczajną” reakcję fotosyntezy – mówi chemik i inżynier środowiskowy Robert Jinkerson, jeden z autorów pracy.

Rośliny wysyłają sobie podziemne sygnały elektryczne. Jak to przebiega?

Nowe badania rzucają więcej światła na to, w jaki sposób rośliny przesyłają między sobą sygnały elektryczne. Ukryta pod ziemią sieć komunikacji wykorzystuje glebę i korzenie jako prze...

Użycie elektrolizatora do wytwarzania octanów spełniło te założenia. Produkcja alg nowym sposobem okazała się cztery razy bardziej wydajna energetycznie niż naturalna. Naukowcy wykazali również, że są w stanie bez użycia światła hodować pomidory, tytoń, ryż, groszek czy rzepak. Podkreślają, że ich metoda może zarówno usprawnić naturalną fotosyntezę, jak i ją zastąpić.

Zaproponowana technika zyskała już sławę. Jest jednym ze zwycięzców Deep Space Food Challenge. To konkurs organizowany przez NASA, który ma wyłonić obiecujące technologie pozwalające hodować rośliny w kosmosie. Czyli np. w bazach na Księżycu czy Marsie.

Po co nam nowe sposoby hodowli roślin?

Jednak przyszłe misje kosmiczne to nie jedyny powód, dla którego naukowcy szukają nowych sposobów produkcji żywności. Równie istotny jest wpływ zmian klimatycznych na organizację produkcji żywności na Ziemi. Wzrost temperatur, wyjałowienie gleb i gwałtowne zjawiska pogodowe wymuszają myślenie o szukaniu innych niż dotychczas sposobów hodowli roślin.

Na całym świecie znikają dzikie jadalne rośliny – alarmują naukowcy. To zagrożenie dla lokalnych społeczności

Dzikie rośliny i grzyby to ważna część menu wielu grup ludności na świecie. Niestety, takie pożywienie jest coraz trudniej dostępne – wynika z badań naukowych.

– Używanie różnych metod sztucznej fotosyntezy może być zmianą paradygmatu, jeśli chodzi o wykarmienie ludzkości – mówi Jinkerson. – Usprawnienie metod produkcji żywności powoduje, że potrzebowalibyśmy mniej ziemi do celów rolniczych. To zaś zmniejszyłoby negatywny wpływ uprzemysłowionego rolnictwa na przyrodę – dodaje naukowiec.

I chociaż takie metody nie mogą zastąpić wysiłków zmierzających do opanowania katastrofy klimatycznej, pomogłyby nam ją przetrwać. Umożliwiłyby bowiem wytwarzanie żywności także na terenach nierolniczych, np. w miastach.

Źródło: Nature Food.

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com