Ученые разработали процесс искусственного фотосинтеза, который позволяет растениям расти даже в темноте. Эта технология поможет расширить сельское хозяйство в районах, которые не получают достаточно солнечного света. Также она может пригодится будущим исследователям космоса.
Как вы, вероятно, помните с начальной школы, фотосинтез - это процесс, в ходе которого растения поглощают энергию солнечного света и используют ее для создания пищи из углекислого газа и воды. Этот процесс помогает растениям - и, следовательно, всей жизни на Земле - процветать в течение миллиардов лет. Но это вовсе не означает, что он на 100% эффективен. На самом деле, растение потреляет лишь малую часть энергии солнечного света, который на него попадает - от трех до шести процентов. Но этот показатель можно улучшить.
Искусственный фотосинтез
Ученые придумали искусственный фотосинтез, который гораздо эффективнее естественного процесса. В его основе лежат искусственные листья, которые можно использовать как экологически чистый способ изготовления целого ряда продуктов, включая водородное топливо, синтез-газ, метанол, альтернативные виды пластика и даже молекулы лекарств. В данном случае продуктом фотосинтеза является ацетат, основной компонент уксуса.
Ацетат подают растениям в качестве источника углерода, по сути, обходя естественный фотосинтез. Команда уже проверила эту технологию на серии сельскохозяйственных растений и пищевых микробов, включая дрожжи, зеленые водоросли, грибковый мицелий, томат, табак, рис, зеленый горошек.
Тесты показали, что все эти организмы способны выращиваться в ацетатной среде в полной темноте. В некоторых случаях они растут даже более эффективно, чем при солнечном свете. Водоросли, например, растут в четыре раза эффективнее, в то время как производство дрожжей увеличивается в целых 18 раз.
«Мы обнаружили, что широкий спектр сельскохозяйственных культур может потреблять предоставленный нами ацетат и встраивать его в основные молекулярные строительные блоки, необходимые организму для роста и процветания. С некоторыми селекционными и инженерными разработками, над которыми мы в настоящее время работаем, мы можем выращивать культуры с ацетатом в качестве дополнительного источника энергии для повышения урожайности», - говорит Маркус Харланд-Данауэй, один из авторов исследования.
Почему это важно?
Технология позволяет отделить сельское хозяйство от потребности в прямом солнечном свете. Благодаря этому выращивать продукты питания можно даже в регионах со сложным погодными условиями, используя при этом меньше земли. Урожай можно выращивать в городах, на станциях и кораблях в космосе, в теплицах на других планетах. Именно этот факт уже принес проекту победу на первом этапе программы NASA Deep Space Food Challenge.
«Использование искусственного фотосинтеза для производства пищи может коренным образом изменить парадигму того, как мы кормим людей. За счет повышения эффективности производства продовольствия требуется меньше земли, что уменьшает воздействие сельского хозяйства на окружающую среду. А для сельского хозяйства в нетрадиционных средах, таких как космос, повышенная энергоэффективность позволяет накормить больше членов экипажа меньшими затратами», - говорит Роберт Джинкерсон, один из авторов исследования.
Исследование опубликовано в журнале Nature Food.
