سلام نو-سرویس علم و فناوری: فتوسنتز مصنوعی می‌تواند مواد غذایی را بدون نیاز به نور خورشید تولید کند. دانشمندان راهی برای دور زدن نیاز به فتوسنتز بیولوژیکی و تولید مواد غذایی با استفاده از فتوسنتز مصنوعی و بدون نیاز به نور خورشید پیداکرده‌اند.
فتوسنتز برای میلیون‌ها سال در گیاهان تکامل یافته است تا آب، دی‌اکسید کربن و انرژی نور خورشید را به زیست‌توده گیاهی و غذاهایی که می‌خوریم تبدیل کند. بااین‌حال، این فرآیند بسیار ناکارآمد است و تنها حدود 1٪ از انرژی موجود در نور خورشید به گیاه می‌رسد. دانشمندان راهی برای دور زدن نیاز به فتوسنتز بیولوژیکی و ایجاد غذای مستقل از نور خورشید با استفاده از فتوسنتز مصنوعی پیدا کرده‌اند.
این تحقیق که در ˮنیچر فود“ منتشر شده است، از یک فرآیند الکتروکاتالیستی دومرحله‌ای برای تبدیل دی‌اکسید کربن، الکتریسیته و آب به استات، جزء اصلی سرکه، استفاده میکند. سپس ارگانیسم‌های تولیدکننده غذا برای رشد استات را در تاریکی مصرف میکند. این سیستم ترکیبی آلی- معدنی ترکیبی با پنل‌های خورشیدی برای تولید الکتریسیته برای تامین انرژی الکتروکاتالیزور می‌تواند راندمان تبدیل نور خورشید به غذا را افزایش دهد که برای برخی غذاها تا ۱۸ برابر کارآمدتر است.
رابرت جینکرسون، نویسنده مقاله، می‌گوید: ما با رویکرد خاص خود، به دنبال شناسایی روش جدیدی برای تولید مواد غذایی بودیم که بتواند از محدودیت‌های معمول فتوسنتز بیولوژیکی عبور کند. به‌منظور ادغام تمام اجزای سیستم باهم، خروجی الکترولیز برای کمک به رشد ارگانیسم‌های تولیدکننده غذا بهینه شد. الکترولیزها دستگاه‌هایی هستند که از الکتریسیته برای تبدیل مواد خام مانند دی‌اکسید کربن به مولکول‌ها و محصولات مفید استفاده میکنند. مقدار استات تولیدشده افزایش یافته، درحالی‌که مقدار نمک مصرفی کاهش یافته است و درنتیجه بالاترین سطوح استات تولیدشده در یک الکترولیز تا به امروز بوده است.
آزمایش‌ها نشان داد که طیف گسترده‌ای از ارگانیسم‌های تولیدکننده غذا را می‌توان در تاریکی مستقیما بر روی خروجی الکترولیز غنی از استات، ازجمله جلبک‌های سبز، مخمرها و میسلیوم‌های قارچی که قارچ تولید میکنند، رشد داد. تولید جلبک با این فناوری تقریبا چهار برابر بیشتر از رشد آن به روش فتوسنتزی کارآمدتر است. تولید مخمر حدود 18 برابر بیشتر از روشی که به‌طورمعمول با استفاده از شکر استخراج‌شده از ذرت کشت می‌شود، کارآمدتر است.
ما توانستیم ارگانیسم‌های تولیدکننده غذا را بدون کمک فتوسنتز بیولوژیکی رشد دهیم. به‌طورمعمول، این موجودات بر روی قندهای مشتق شده از گیاهان یا مواد اولیه نفت که محصول فتوسنتز بیولوژیکی است که میلیون‌ها سال پیش انجام شده است، کشت می‌شوند. الیزابت هان، کاندیدای دکترا در آزمایشگاه جینکرسون و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: این فناوری در مقایسه با تولید مواد غذایی که به روش فتوسنتز بیولوژیکی متکی است، روش کارآمدتری برای تبدیل انرژی خورشیدی به غذا است.
پتانسیل استفاده از این فناوری برای رشد گیاهان زراعی نیز موردبررسی قرار گرفت. لوبیا چشم‌بلبلی، گوجه‌فرنگی، تنباکو، برنج، کلزا و نخود سبز همگی قادر به استفاده از کربن استات در هنگام کشت در تاریکی بودند.
ما دریافتیم که طیف وسیعی از محصولات می‌توانند استاتی را که ما تهیه‌کرده‌ایم دریافت کنند و آن را در بلوک‌های ساختمانی مولکولی اصلی که یک ارگانیسم برای رشد و شکوفایی نیاز دارد بسازد. با برخی اصلاحات و مهندسی که در حال حاضر روی آن کار میکنیم، ممکن است بتوانیم محصولاتی را پرورش دهیم. مارکوس هارلند داناوی، کاندیدای دکترا در آزمایشگاه جینکرسون و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: از استات به‌عنوان یک منبع انرژی اضافی برای افزایش عملکرد محصولات زراعی استفاده میکنیم.
با رهایی کشاورزی از وابستگی کامل به خورشید، فتوسنتز مصنوعی درها را به روی امکانات بی‌شماری برای رشد مواد غذایی تحت شرایط سخت‌تر تحمیل‌شده توسط تغییرات آب و هوایی انسانی باز میکند. با استفاده از این تکنولوژی، خشک‌سالی، سیل و کاهش دسترسی به زمین، تهدید کمتری برای امنیت غذایی جهانی خواهند بود و محصولات برای انسان و حیوانات در محیط‌های با منابع کمتر و کنترل‌شده رشد میکنند. همچنین می‌توان محصولات کشاورزی را در شهرها و سایر مناطقی که در حال حاضر برای کشاورزی نامناسب است، کشت کرد و حتی برای کاشفان فضایی آینده غذا فراهم کرد.
مزایای استفاده از فتوسنتز مصنوعی
با افزایش کارایی تولید غذا با فتوسنتز مصنوعی، زمین کمتری موردنیاز است و تاثیر کشاورزی بر محیط‌زیست کاهش می‌یابد. تولید مواد غذایی با این روش موردتوجه فضانوردان نیز قرارگرفته است. با این تکنولوژی می‌توان فناوری‌های غذایی جدید و تغییردهنده‌ای را ایجاد کرد که به حداقل ورودی‌ها نیاز دارد و خروجی‌های غذایی ایمن، مغذی و خوش‌خوراک را برای مأموریت‌های فضایی طولانی‌مدت تولید میکند.
نظر شما