Uprawa roślin bez fotosyntezy? Czas na "elektro-rolnictwo"

Przy fotosyntezie Słońce daje energię, dzięki której zachodzi przemiana dwutlenku węgla i wody w węglowodany i tlen. "Elektro-rolnictwo" oznaczałoby zastąpienie pól uprawnych wielopiętrowymi budynkami. Panele słoneczne na budynkach lub w ich pobliżu pochłaniałyby promieniowanie słoneczne, a ta energia zasilałaby reakcję chemiczną między dwutlenkiem węgla a wodą celem produkcji octanu - cząsteczki podobnej do kwasu octowego, głównego składnika octu. Octan byłby następnie używany do karmienia roślin uprawianych hydroponicznie. Metoda ta mogłaby być również stosowana do uprawy innych organizmów produkujących żywność, ponieważ octan jest naturalnie używany przez grzyby, drożdże i glony.

Eksperymenty wykazały, że taki mechanizm pozwala zwiększyć wydajność całego procesu nawet czterokrotnie, a uprawa żywności w wielopiętrowych budynkach pozwalałaby zaoszczędzić w samych Stanach Zjednoczonych nawet ponad 90 proc. terenów uprawnych. Metoda ta mogłaby być również używana do uprawy żywności w kosmosie.

Gdybyśmy nie musieli już uprawiać roślin przy użyciu światła słonecznego, moglibyśmy oddzielić rolnictwo od środowiska i uprawiać żywność w kontrolowanych warunkach wewnętrznych - mówi pierwszy autor pracy Robert Jinkerson. Jego zdaniem przeniesienie rolnictwa na kolejny poziom technologii jest konieczne, a produkcja w kontrolowany sposób, oddzielona od natury, byłaby właśnie takim kolejnym krokiem.

Cały sens tego nowego procesu polega na próbie zwiększenia wydajności fotosyntezy - dodaje współautor pracy, Feng Jiao, elektrochemik z Uniwersytetu Waszyngtońskiego w St. Louis. Obecnie osiągamy około 4 proc. wydajności, to już cztery razy wyższa efektywność niż w przypadku fotosyntezy, a ponieważ wszystko jest bardziej wydajne przy tej metodzie, ślad węglowy związany z produkcją żywności staje się znacznie mniejszy - zaznacza.

Aby genetycznie zmodyfikować rośliny i umożliwić im wykorzystywanie octanu, naukowcy chcą odblokować szlak metaboliczny, który kiełkujące rośliny używają do rozkładu pokarmu przechowywanego w ich nasionach. Ten szlak jest wyłączany, gdy rośliny stają się zdolne do fotosyntezy, ale jego ponowne włączenie umożliwia im używanie octanu jako źródła energii i węgla.

Próbujemy ponownie włączyć ten szlak w dorosłych roślinach i obudzić ich naturalną zdolność do wykorzystywania octanu - tłumaczy Robert Jinkerson. Można to porównać do nietolerancji laktozy u ludzi. Jako niemowlęta możemy trawić laktozę w mleku, ale dla wielu osób ten szlak jest wyłączany, gdy dorastają. To trochę ten sam pomysł, tylko dla roślin - dodaje.

Początkowe badania prowadzone są na pomidorach i sałacie, ale zespół planuje przejść z czasem do wysokokalorycznych upraw podstawowych, takich jak maniok, bataty i zboża. Do tej pory udało się zmodyfikować rośliny na tyle, że mogą używać octanu oprócz fotosyntezy, ale ostatecznym celem jest wyhodowanie roślin, które będą mogły uzyskać całą niezbędną energię z octanu. Takie rośliny w ogóle nie potrzebowałyby światła.

Jesteśmy jeszcze w fazie badań i rozwoju, próbując nauczyć rośliny wykorzystywać octan jako źródło węgla, ponieważ rośliny nie ewoluowały, aby rosnąć w ten sposób, ale robimy postępy - mówi Robert Jinkerson. Grzyby, drożdże i algi mogą być jednak uprawiane w ten sposób już dziś, więc myślę, że te zastosowania mogą być skomercjalizowane jako pierwsze, a rośliny pojawią się później - dodaje. To dopiero pierwszy krok w tych badaniach i myślę, że wydajność metody i jej koszty zostaną znacznie poprawione w najbliższej przyszłości - zaznacza z kolei Feng Jiao.