A növények növekedését a fotoszintézis helyett napelemekkel működtetni hatékonyabb módja lehet a napenergia élelmezésre való felhasználásának.
Sokat köszönhetünk a fotoszintézisnek. Például a létezésünket. Körülbelül 3 milliárd évvel ezelőtt a cianobaktériumoknak nevezett mikrobák egy csoportja kifejlesztett egy olyan módszert, amely a fényt és a vizet energiává alakítja, miközben oxigént szabadít fel. Ezek a mikrobák végül oxigénnel árasztották el a légkörünket, amely a főként nitrogénből és szén-dioxidból álló mérgező miazmából a mai, életet fenntartó keverékké változott. Minden – a növények, az emberek – többé-kevésbé így indult el: a fotoszintézissel.
Ugyanez a folyamat zajlik minden olyan anyag esetében is, amit megeszünk. A növények napfényt, vizet és szén-dioxidot használnak a növekedéshez, majd az emberek vagy közvetlenül eszik ezeket a növényeket, vagy miután azok egy állat, gomba vagy bármi más részévé váltak, amit szívesen rágcsálunk. Minden energia, amely a testünkbe kerül, a növények által a fotoszintézis során elnyert napfénnyel kezdődik. Csak egy apró bökkenő van ebben a rendszerben – a növények valójában elég rosszul használják fel a napfényt a növekedés érdekében. Egyes becslések szerint a növények a napfényt és a szén-dioxidot mindössze 1 százalékos hatékonysággal alakítják át új biomasszává.
A Riverside-i Kaliforniai Egyetem professzora, Robert Jinkerson a fotoszintézis csekély hatékonyságát vizsgálva felismert egy technológiai problémát.
Ha minden egyes négyzetcentméternyi napfényből több energiát tudunk kicsikarni, akkor csökkenthetjük az élelmiszer-termeléshez szükséges földterület nagyságát. A végső célunk az, hogy átalakítsuk a növénytermesztésről és a mezőgazdaságról alkotott elképzeléseinket
– mondta Jinkerson.
Ha hatékonyabban tudjuk kihasználni az emberiség számára nélkülözhetetlen élelmiszer előállításához szükséges terület nagyságát, akkor a mezőgazdasági földeket újra természetes területekké változtathatjuk. Az egyik módja ennek az lehet, hogy sötétben termesztjük a növényeket a napelemek által biztosított villamos energiával, amelyek sokszor hatékonyabbak a növényeknél a napfény energiává alakításában.
A Nature Food című folyóiratban megjelent legújabb tudományos publikációjukban Jinkerson és kollégái bemutatták, hogy a napelemek segítségével egy elektrokatalízisnek nevezett folyamatot hoznak létre, amely olyan folyadékot eredményez, amelyet az algák, élesztőgombák és növények a napfény helyett a növekedéshez használhatnak.
A kutatók napelemeket használtak egy olyan berendezés működtetésére, amely szén-dioxidot, villamos energiát és vizet alakít át acetáttá – egy olyan molekulává, amelyet vízzel hígítva növények táplálására lehet használni. Ezt a keveréket aztán algáknak, élesztőgombáknak, gombáknak és néhány széles körben termesztett növénynek, köztük babnak, paradicsomnak, repcének és rizsnek adták. Az alga és az élesztő is meglehetősen hatékonyan növekedett az acetátkeveréken, ami nem igazán meglepő, hiszen a tudósok már korábban is tudták, hogy ezek a fajok képesek az acetátot elfogyasztani. Ami ennél sokkal meglepőbb volt, hogy a kultúrnövények is elfogyasztották az acetátot és tovább növekedtek, annak ellenére, hogy teljes sötétségben termesztették őket.
Mielőtt azonban elzárná a paradicsompalántáit a szekrénybe, íme egy baráti intelem: Jinkerson és kollégái csak azért tudták, hogy a növények elfogyasztották az acetátot, mert miután azok egy kis ideig növekedtek, felboncolták és kielemezték őket, hogy kiderüljön, tartalmaznak-e acetátból származó szénmolekulákat. Ám az, hogy a növényeknek acetátot adtak a növekedéshez, végül mérgezőnek bizonyult számukra – tehát annak ellenére, hogy a növények technikailag képesek az acetáton növekedni, nem igazán élnek meg belőle.
Ez azt jelenti, hogy még messze vagyunk attól, hogy bármilyen hétköznapi kereskedelemben kapható növényt sötétben termeszthessünk. Ez a technológia azonban érdekes lehet a vertikális farmok számára, amelyek már most is hatalmas villanyszámlákat emésztenek fel a növények fotoszintézisét működtető LED-lámpák miatt. Jinkerson úgy véli, hogy ha a kutatók megtalálják a módját annak, hogy olyan paradicsompalántákat termesszenek, amelyek valóban az acetáton élnek, akkor ez egy sokkal hatékonyabb energiafelhasználási módot jelenthet a vertikális farmok számára ahhoz, hogy az áramot a világítás helyett az acetát előállítására fordítsák.
De még ha több paradicsompalántát tudnánk is zárt térben termeszteni, ez nem feltétlenül szabadítana fel olyan sok földterületet, amit vissza lehetne adni a természetnek. A mezőgazdasági területek nagy részét legelőként használják az állatok legeltetésére vagy az állatok takarmányának termesztésére. A fennmaradó földterületek nagy részét árutermelő növények, például búza, szója vagy kukorica termesztésére használják, és csak viszonylag kis területen termesztenek gyümölcsöket és zöldségeket. Ezeket a haszonnövényeket rendkívül olcsó szabadföldön termeszteni, ezért nem sok értelme van időt és pénzt fektetni a beltéri termesztésükbe. A sötétben történő növénytermesztés hasznos lehet olyan helyeken, ahol kevés az energia és a hely – például egy Marsra tartó űrutazás során –, de a legtöbb földi növény esetében ez nem megfelelő. (Jinkerson projektje a NASA Deep Space Food Challenge első szakaszának egyik nyertese is volt. A következő fázisban a csapat egy élelemtermesztő eszköz prototípusát fogja megépíteni, amelyet megoszt az űr-ügynökséggel).
Már most is rengeteg módja van annak, hogy hatékonyabban használjuk a termőterületeket – mutatott rá Elizabete Carmo-Silva, az angliai Lancaster Egyetem növényfiziológia professzora. Az élelmiszer-hulladék csökkentése, a kevesebb húsfogyasztás és a bioüzemanyagok előállításához szükséges kevesebb termény elégetése mind hozzájárulnak ahhoz, hogy minden hektár földterületből több étkezési célú kalóriát nyerjünk. És a fotoszintézisről sem szabad még lemondanunk.
Nincs semmi más, ami oxigént és élelmet biztosítana nekünk, lényegében csaknem ingyen
– mutatott rá Carmo-Silva, aki jelenleg egy olyan projekten dolgozik, amellyel egy babfajta (Vigna unguiculata) fotoszintetikus hatékonyságát kívánja növelni.
Ez Afrika és Ázsia egyik legfontosabb kultúrnövénye. Ha valóban meg akarjuk birkózni az élelmiszerellátás problémájával, és a világon mindenhol biztosítani kívánjuk az élelmezésbiztonságot, akkor többféle megoldást kell találnunk
– folytatta a szakember. Carmo-Silva csapata azt vizsgálja, hogy lehetséges-e nemesítéssel vagy génmódosítással a vizsgált bab olyan változatait előállítani, amelyek 20 százalékkal hatékonyabbak a fotoszintézis tekintetében.
Amanda Cavanagh, az angliai Essex Egyetem növénytudósa szerint nagyobb hatással lehet a világra, ha megtaláljuk a fotoszintézis fejlesztésének módját, mintha teljesen megkerülnénk azt.
Az olyan növények esetében, mint a szójabab, a kukorica vagy a búza, a nem túl hatékony fotoszintézis valószínűleg még mindig a legjobb választásunk arra, hogy növekedést érjünk el ezekben a növénykultúrákban
– magyarázta Cavanagh.
Jinkerson munkája azonban néhány kényes kérdést is felvet azzal kapcsolatban, hogy az emberek vajon milyen típusú élelmiszereket hajlandóak majd elfogadni. A fotoszintézis javításával kapcsolatos munka nagy része a növények génmódosításával jár, ami a világ egyes részein – különösen az EU-ban – még mindig ellentmondásos technológiának számít. Melyik a természetesebb: egy génmódosított növény, vagy egy olyan, amely még soha nem látott napfényt? És ha egy nap sikerülne paradicsomot termesztenünk a sötétben, akkor is olyan ízletesek lennének, mint a szabad levegőn termesztettek? Ha Jinkerson élelmiszer-termesztő berendezésének a terveknek megfelelően működik, a NASA űrhajósai lehetnek az elsők, akik választ kaphatnak erre a kérdésre.
Forrás: https://www.wired.com/story/plants-growing-in-darkness/
