Искусственный фотосинтез позволяет растениям эффективно расти в полной темноте
Ученые улучшили естественный процесс фотосинтеза, не только более эффективно выращивая растения, но и делая это в темноте. Такое достижение может распространить сельское хозяйство на районы, которые не получают достаточного количества солнечного света, и даже помочь накормить будущих исследователей космоса.
Фотосинтез — это процесс, когда растения поглощают энергию солнечного света и используют ее для создания собственной пищи из углекислого газа и воды.
Этот процесс помог растениям — и, соответственно, жизни на Земле — процветать миллиарды лет, но это не значит, что он как-то особенно эффективен. На самом деле, только от трех до шести процентов энергии солнечного света попадает в растение.
Ученые давно работали с искусственным фотосинтезом, который уже намного эффективнее естественного процесса.
Так называемые искусственные листья можно использовать в качестве экологически чистого способа производства ряда продуктов, включая водородное топливо, метанол, различные альтернативы пластику и даже молекулы лекарств.
В данном случае полученный продукт представлял собой ацетат, основной компонент уксуса. Затем его подавали растениям в качестве источника углерода, по существу минуя естественный фотосинтез.
Команда ученых проверила метод на ряде сельскохозяйственных культур и пищевых микробов, включая дрожжи, зеленые водоросли, грибковый мицелий, вигну, помидоры, табак, рис, рапс и зеленый горошек.
Ученые показали, что все организмы можно выращивать в ацетатной среде в полной темноте, а в некоторых случаях даже более эффективно, чем при солнечном свете. Например, водоросли выращивались в четыре раза эффективнее, а производство дрожжей увеличилось в 18 раз.
«Мы обнаружили, что широкий спектр сельскохозяйственных культур может использовать предоставленный нами ацетат и встраивать его в основные молекулярные строительные блоки, необходимые организму для роста и процветания», — сказал Маркус Харланд-Дунауэй, соавтор исследования.
«С некоторыми методами селекции и инженерии, над которыми мы сейчас работаем, мы могли бы выращивать сельскохозяйственные культуры с ацетатом в качестве дополнительного источника энергии для повышения урожайности».
Отделив сельское хозяйство от потребности в прямом солнечном свете, этот метод может позволить выращивать продукты питания в регионах с менее идеальными условиями, используя меньше земли. Урожай можно выращивать в городах и даже в космосе или на других планетах.
«Использование методов искусственного фотосинтеза для производства продуктов питания может изменить парадигму того, как мы кормим людей», — сказал Роберт Джинкерсон, автор исследования.
«За счет повышения эффективности производства продуктов питания требуется меньше земли, что снижает воздействие сельского хозяйства на окружающую среду. А для сельского хозяйства в нетрадиционных условиях, таких как космос, повышенная энергоэффективность может помочь накормить больше членов экипажа с меньшими затратами».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Food.