برای تشکر از فتوسنتز وجود دارد. اولین دلیل، وجود خودمان است. حدود سه سال پیش، گروهی از میکروب‌ها به نام سیانوباکترها برای تبدیل نور و آب به انرژی پیدا می‌کنند و طی این فرآیند ساده می‌کردند. این میکروب‌ها درنهایت را وارد اتمسفر کردند و آن را از محیطی سمی که از نیتروژن کربندی‌اکسید تشکیل می‌دهند، تشکیل می‌دهند، می‌توانند از آن حمایت کنند.

همین فرآیند در ابتدایی هر چیزی که می‌خوریم، وجود دارد. گیاهانی که از نور خورشید، آب و کربن‌دی‌اکسید استفاده می‌کنند تا رشد کنند و انسان‌ها گیاهان را به طور مستقیم مصرف کنند یا اگر مستقیماً به بخشی از حیوان یا غذای دیگری تبدیل شوند، به طور غیرمستقیم آن را مصرف کنند. تمام انرژی که درنهایت به بدن ما می‌رسد، با نور خورشید که توسط گیاهان طی فرآیند فتوسنتز گرفته می‌شود، آغاز می‌شود.

فقط مشکل کوچکی در این سیستم وجود دارد: گیاهان در تبدیل نور خورشید به رشد بازده بسیار پایینی دارند. بر اساس برخی از تخمین‌ها، گیاهان بازدهی به یک درصد، نور خورشید و کربن‌دی‌اکسید را به زیست‌توده جدید تبدیل می‌کنند.

رابرت جینکرسون، استاد دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید بازده پایین فتوسنتز را به‌عنوان مشکل مهندسی در نظر گرفت. اگر بتوانیم انرژی بیشتری از هر اینچ مربع نور خورشید بگیریم، می‌توانیم زمین موردنیاز را برای رشد غذای خود کاهش دهیم. جینکرسون می‌گوید: «هدف نهایی ما تغییر طرز فکر موجود درباره کشاورزی و نحوه تولید محصولات کشاورزی است. اگر بتوانیم از نظر منطقه موردنیاز برای تولید غذای لازم برای انسان کارآمدتر عمل کنیم، می‌توانیم زمین‌های کشاورزی را به طبیعت برگردانیم.»

یکی از روش‌های انجام این کار برق، امکان پرورش محصولات کشاورزی در تاریکی با استفاده از پنل‌های خورشیدی فراهم می‌شود. بازده پنل‌های خورشیدی در تبدیل نور خورشید به انرژی بسیار بالاتر از بازده گیاهان است.

در مقاله‌ای که در مجله‌ی Nature Food منتشر شده است، جینکرسون و همکارانش از پنل‌های خورشیدی استفاده می‌کنند تا برای تجزیه و تحلیل فرآیندی که الکتروکاتالیز نامیده می‌شود. در طی این فرایند مایع تولید می‌شود که جلبک‌ها را مخمرها و گیاهان می‌توانند به‌جای نور خورشید از آن برای رشد خود استفاده کنند.

پژوهشگران از پنل‌های خورشیدی برای کار انداختن دستگاهی استفاده می‌کنند که کربندی‌اکسید، برق و آب را به استات تبدیل می‌کنند. استات مولکولی است که می تواند در آب رقیق شود و برای تغذیه از گیاهان استفاده شود. آن‌ها سپس این مخلوط را به جلبک، مخمر، قارچ خوراکی و برخی از محصولات متداول ازقبیل لوبیا چشم‌بلبلی، گوجه‌فرنگی، کلزا و برنج تغذیه می‌کنند.

جلبک‌ها و مرکب‌ها در مخلوط کردن مواد به خوبی عمل می‌کردند که زیاد تعجب نمی‌کردند، زیرا تحقیقات از قبل می‌دانستند که این گونه‌ها می‌توانند مصرف کنند. نکته تعجب‌آور این بود که گیاهان نیز استات را مصرف کنند و حتی با اینکه در تاریکی کامل قرار بگیرند، رشد کنند.

اما قبل از اینکه گیاهان گوجه فرنگی را در کابینت خود قرار دهید، ادامه مطلب را بخوانید.

مقالات مرتبط:

جینکرسون و همکارانش فقط می‌دانند که گیاهان را مصرف می‌کنند، زیرا گیاهان را مدتی پس از افزایش تجزیه‌و‌تحلیل کردند تا ببینند که حاوی مولکول‌های کربن منشا گرفته از استات هستند. اما در پایان مشخص است که به گیاهان می‌توان استات داد، می‌توان برای آن‌ها سمی باشد، بنابراین گیاهان می‌توانند در محیط دارای استات رشد کنند، در این محیط شکوفا نمی‌توانند و عملکرد بهتری داشته باشند. این معنی است که هنوز راه طولانی در مسیر پرورش محصولات کشاورزی در تاریکی در پیش داریم.

اما این فناوری می‌تواند موردتوجه مزارع عمودی باشد که از لامپ‌های LED برای انرژی موردنیاز فتوسنتز گیاهان خود استفاده می‌کنند که هزینه آن بسیار بالاست.

جینکرسون فکر می‌کند اگر پژوهشگران محیط‌زیست برای رشد گیاهان گوجه‌فرنگی در محیط‌های استات پیدا کنند، از برق برای تولید منابع به‌جای تولید نور استفاده می‌کنند، می‌توان روش پربازده‌تری از نظر انرژی برای مزارع عمودی باشد.

اما حتی اگر گیاهان گوجه‌فرنگی بیشتر را به فضای بسته بیاوریم، نیازاً برای بازگشت به طبیعت آزاد نخواهد شد. بسیاری از زمین‌های باقیمانده برای پرورش محصولاتی مانند گندم، سویا یا ذرت استفاده می‌شوند و تنها کمی از زمین‌ها برای پرورش میوه‌ها و سبزیجات استفاده می‌شوند. پرورش این نوع محصولات در فضای بیرون ارزان است، بنابراین باید مقدار زیادی وقت و هزینه برای پرورش آن‌ها در فضای بسته منطقی به نظر نمی‌رسد.

پرورش گیاهان در تاریکی در مکان‌هایی است که در آن فضای انرژی و فضای وجود دارد (مثلاً در مأموریت‌های فضایی) مفید باشد، اما برای محصولات بیشتر کشاورزی روی زمین مناسب نیست (پروژه جین‌کرسون همچنین یکی از برندگان مرحله مسابقه «چالش غذای اول در مرحله دوم، تیم نمونه آزمایشی از دستگاه پرورش دهنده غذا را می‌سازد و دراختیار ناسا قرار می‌دهد).

الیزابت کارمو سیلوااستاد فیزیولوژی گیاهان در دانشگاه لینکستر بریتانیا می‌گوید، روش‌های زیادی برای استفاده از زمین‌های زراعی وجود دارد. کاهش ضایعات غذایی، خوردن گوشت کمتر و مصرف محصولات کمتر برای تولید سوخت زیستی به ما کمک می‌کند تا به ازای هر زمین، خوراکی را بیشتر به دست آوریم. علاوه بر این وجود دیگر وجود دارد که نباید فتوسنتز را انجام دهیم.

کارمو سیلوا می‌گوید: «چیز دیگری نداریم که غذا را با هزینه بسیار پایینی برای ما ارائه کند». او درحال کار روی پروژه‌ای برای افزایش بازده فتوسنتز گیاه لوبیا چشم‌بلبلی است که در آفریقا و آسیا محصول مهمی می‌شود. او می‌گوید: «اگر می‌خواهیم با چالش امنیت مقابله کنیم و در همه جای جهان امنیت غذایی داشته باشیم، باید با استفاده از چندین راه حل این مشکل را رفع کنیم.»

تیم او در حال بررسی این موضوع است که آیا می‌توان از تلاقی‌گری یا ویرایش ژن برای تولید نسخه‌هایی از لوبیا چشم‌بلبلی استفاده کرد که بازده فتوسنتز آن‌ها ۲۰ درصد بالاتر باشد.

آماندا کاوانادانشمند علوم گیاهی از دانشگاه اسکس بریتانیایی معتقد است که برای بهبود فتوسنتز به جای دور زدن آن ممکن است درنهایت تاثیر بر جهان داشته باشد. او می‌گوید: «برای محصولاتی مانند سویا، ذرت یا گندم، فتوسنتز ناکارآمد احتمالاً بهترین چیزی است که می‌توانیم روی آن کار کنیم تا بتوانیم برسیم بیشتری تولید کنیم.»

اما کار جینکرسون همچنین سؤالات پیچیده‌ای را درمورد آنوع غذاهایی که مردم قبول دارند، می‌کند. بخش‌های عمده‌ای از کار روی بهبود فتوسنتز شامل ویرایش ژن‌های گیاهی است که هنوز در بخش‌هایی از جهان خاص در اروپای فناوری بحث‌برانگیزی می‌شود.

کدامیک طبیعی‌تر است: گیاهی که از نظر ژنتیکی ویرایش می‌شود یا گیاهی که هرگز نور خورشید را ندیده است؟ کavana memی‌گwیd ، yگer rhruزی مwیm گwجhahnnگی‌ hara adr tharیکی پrevrش devhیm ، آی ه ه هnahahahahahnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnndhnnnd

اگر دستگاه آزمایشی جین‌کرسون بر اساس برنامه‌ریزی‌های انجام‌شده، کار کند، فضای ناسا ممکن است اولین چیزی باشد که پاسخ این سؤال را پیدا کند.

اگر دوست داشتی امتیاز دادن یادت نره!