کشاورزی برقی راهی برای تولید غذا بدون نیاز به نور و زمین
مهندسان علوم زیستی روش نوین و جسورانه‌ای برای تولید مواد غذایی ارائه کرده اند که می‌تواند به طور چشمگیری شکل کشاورزی را تغییر داده و به طور بالقوه آن را کارآمدتر، پایدارتر و سازگارتر با محیط‌هایی مانند فضا کند.
به گزارش خبرگزاری آنا به نقل از IE، این سیستم که «کشاورزی برقی» نامیده می‌شود، جایگزین فتوسنتز طبیعی خواهد شد که انرژی خورشیدی و دی اکسید کربن (CO۲) را به یک مولکول آلی مورد نیاز برای تغذیه گیاهان تبدیل می‌کند.
«فنگ جیائو» «Feng Jiao» نویسنده ارشد و از مجریان این طرح گفت: «از آنجایی که کشاورزی برقی به شرایط اقلیمی وابسته نیست و کارایی بیشتری نسبت به کشاورزی سنتی ارائه می‌کند، می‌تواند به عنوان یک روش ارزشمند برای تولید غذای مکمل در مواقع ضروری عمل کند.»
وی افزود: «با تاثیر تغییرات اقلیمی جهانی بر کشاورزی، فناوری‌های نوآورانه تولید مواد غذایی برای تثبیت بازار‌های مواد غذایی و حمایت از جمعیت رو به رشد بسیار اهمیت می‌یابند.»
تحول در تولید غذا
فتوسنتز، فرآیندی که با تبدیل نور خورشید به انرژی شیمیایی در گیاهان، حیات را بر روی زمین امکان پذیر می‌کند، به طور آشکارا ناکارآمد است. به گفته محققان، تنها کسری از نور خورشید که گیاه جذب می‌کند – حدود یک درصد – به انرژی قابل استفاده تبدیل می‌شود. با توجه به تقاضای فزاینده برای غذا، محدودیت‌های زمین‌های قابل کشت و بحران اقلیم، بهبود این کارایی بسیار مهم است.
در کشاورزی برقی، از پنل‌های خورشیدی برای تامین انرژی واکنش شیمیایی بین CO۲ و آب، تولید استات، مولکول مرتبط با اسید استیک (جزء اصلی در سرکه) استفاده می‌شود. گیاهان به گونه‌ای مهندسی ژنتیک می‌شوند که از این استات به عنوان منبع انرژی اولیه به جای تکیه بر فتوسنتز، استفاده کنند.
محققان تخمین می‌زنند اگر این سیستم در مقیاس بزرگ به کار گرفته شود، می‌تواند زمین مورد نیاز کشاورزی را به میزان خیره کننده ۹۴ درصد کاهش دهد.
«رابرت جینکرسن» «Robert Jinkerson»، مهندس زیست شناس در دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید و از دیگر مجریان این پژوهش، این فناوری را یک جهش بزرگ رو به جلو می‌خواند و می‌گوید: «اگر ما دیگر نیازی به رشد گیاهان با نور خورشید نداشته باشیم، می‌توانیم کشاورزی را از محیط جدا کرده و غذا را در محیط‌های سرپوشیده و کنترل شده پرورش دهیم. این تغییر می‌تواند کشاورزی را به مزارع سرپوشیده عمودی و چند طبقه منتقل کند که در آن نیروی خورشیدی در خارج از ساختمان مهار می‌شود تا رشد گیاهان را در داخل هدایت کند.»
کارآمدتر از فتوسنتز
در قلب این نوآوری تلاش برای بهبود کارایی فرآیند تبدیل انرژی نهفته است. جیائو می‌گوید نسخه کنونی کشاورزی برقی حدود چهار درصد بازدهی دارد که چهار برابر بیشتر از فتوسنتز است.
وی با اشاره به مزایای زیست محیطی این سیستم نوین اظهار داشت: «از آنجایی که همه چیز با این روش کارآمدتر می‌شود ردپای CO۲ مرتبط با تولید غذا نیز بسیار کمرنگ‌تر می‌شود».
این رویکرد قابلیت آن را دارد که به چندین مورد از ناکارآمدی‌هایی که کشاورزی سنتی دچار آن هستند مانند مصرف زیاد آب، کود و زمین مورد نیاز برای رشد محصولات کشاورزی، رسیدگی کند.
کشاورزی برقی می‌تواند غذا را در یک محیط کنترل شده و سرپوشیده تولید و امکان مدیریت دقیق‌تر منابع و کاهش اثرات زیست محیطی کشاورزی را فراهم کند. همچنین می‌تواند با جدا کردن تولید غذا از الگو‌های آب و هوا و تغییرات فصلی، تاثیر تغییرات آب و هوایی را کاهش دهد.
گیاهان استات خور
دانشمندان برای رسیدن به این چشم انداز، بر روی مهندسی مجدد گیاهان برای «خوردن» استات کار می‌کنند. گیاهان به طور طبیعی دارای یک مسیر متابولیک هستند که به آنها اجازه می‌دهد تا مواد غذایی ذخیره شده در دانه‌های خود را در طول جوانه زنی تجزیه کنند.
هنگامی که گیاه شروع به استفاده از فتوسنتز می‌کند، این مسیر غیرفعال می‌شود. هدف زیست مهندسان، فعال کردن مجدد این فرآیند در گیاهان بالغ است تا بتوانند از استات به عنوان منبع انرژی استفاده کنند.
در حالی که تحقیقات اولیه محققان بر روی گوجه فرنگی و کاهو متمرکز شده، آنها قصد دارند پژوهش خود را به محصولات اصلی پرکالری مانند کاساوا، سیب زمینی شیرین و غلات توسعه دهند. آنها تاکنون گیاهانی را مهندسی کرده اند که می‌توانند از استات در ترکیب با فتوسنتز استفاده کنند، اما هدف نهایی ایجاد گیاهانی است که برای انرژی کاملا به استات متکی باشند و به طور کلی نیاز به نور نداشته باشند.
در حالی که تحقیقات گیاهی هنوز در مراحل اولیه است، موجودات دیگر مانند قارچ، مخمر و جلبک‌ها به طور طبیعی از استات به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند. این بدان معناست که این فناوری می‌تواند خیلی زودتر به صورت تجاری برای این موجودات تولید کننده غذا اعمال شود.
جیائو می‌گوید: «ما با موفقیت قارچ را کاملا از استات مشتق شده از CO۲ تولید کردیم. این قارچ‌ها از نظر ظاهر و طعم مانند قارچ معمولی هستند و تفاوت محسوسی ندارند. سایر محصولات غذایی هنوز در دست توسعه هستند، اما پیش بینی می‌شود طعمی مشابه با گزینه‌های معمولی داشته باشند.»
نتایج این تحقیقات در نشریه Joule منتشر شده است.