В своей статье ученые описали новую технологию под названием «электросельское хозяйство». Этот подход предполагает замену фотосинтеза на более эффективную химическую реакцию, питаемую солнечной энергией, что позволит производить пищу без использования солнечного света и с минимальным воздействием на окружающую среду.
Фотосинтез, на который сегодня полагается большинство форм жизни на Земле, крайне неэффективен — растения преобразуют лишь около 1% солнечной энергии в химическую. В отличие от этого, электросельское хозяйство предлагает использовать солнечные панели для питания химической реакции, которая преобразует углекислый газ (CO2) и воду в уксусную кислоту (ацетат), а затем использовать этот ацетат в качестве «пищи» для генетически модифицированных растений, выращиваемых гидропонным способом.
«Если мы сможем отказаться от необходимости выращивать растения при солнечном свете, то сможем отделить сельское хозяйство от внешней среды и выращивать пищу в контролируемых условиях внутри помещений», — объясняет ведущий автор исследования Роберт Джинкерсон, биологический инженер из Калифорнийского университета в Риверсайде. Он подчеркивает, что будущее сельского хозяйства должно включать переход на более технологичные методы производства продуктов, независимые от природных условий.
По оценкам исследователей, если вся пища в США будет производиться с помощью нового метода, площадь, необходимая для сельского хозяйства, сократится на 94%. Это также откроет возможности для выращивания пищи в космосе, где использование традиционного фотосинтеза невозможно.
Новая технология предполагает создание многоэтажных «ферм», где растения будут получать энергию исключительно из ацетата. Этот метод также можно использовать для выращивания других организмов, таких как грибы, водоросли и дрожжи, которые уже естественным образом потребляют ацетат.
«Основная цель нашего процесса — повысить эффективность фотосинтеза», — говорит один из авторов исследования, электрохимик Фэн Цзяо из Вашингтонского университета в Сент-Луисе. По его словам, новый метод уже демонстрирует в четыре раза большую эффективность, чем традиционный фотосинтез, что также позволяет значительно сократить углеродный след при производстве пищи.
Для того чтобы растения смогли использовать ацетат в качестве источника энергии, ученые намерены активировать в них метаболический путь, который используется при прорастании семян. Обычно этот процесс прекращается, когда растение начинает фотосинтезировать, но исследователи планируют включить его повторно. На данный момент команда работает с помидорами и салатом, но в будущем планирует перейти к работе с основными зерновыми культурами, маниоком и сладким картофелем.
«Растения пока не эволюционировали для такого способа получения энергии, но мы уже видим прогресс», — добавляет Джинкерсон. Грибы, дрожжи и водоросли можно выращивать с использованием ацетата уже сейчас, и, скорее всего, они станут первыми коммерчески доступными продуктами, произведенными с помощью нового метода выращивания.
Исследователи продолжают работать над повышением эффективности системы производства ацетата, стремясь сделать этот метод более экономичным и доступным для массового использования. «Это только первый шаг, и мы надеемся, что в ближайшем будущем его эффективность и стоимость значительно улучшатся», — заключает Цзяо.
Ранее стало известно, что в России вывели «суперзерновые» для холодных зим.
