На uCrazy 15 лет 4 месяца
Можно ли обеспечить едой марсианских колонистов, выращивая растения без солнечного света?
Первые обитатели Марса наверняка будут питаться тем, что привезли с собой с Земли. Протеиновыми батончиками, пюре в тюбиках и прочей едой, знакомой нам по сюжетам с МКС. Но что, если им захочется, допустим, свежего салата? К сожалению, вырастить его на Красной планете очень сложно.
Колония наверняка будет находиться под землей, чтобы обезопасить своих обитателей от радиации. На поверхности разреженная атмосфера и отсутствует вода. Предельно понятно, что заветный салат в этих условиях придется выращивать в помещениях, куда не проникает солнечный свет. К счастью, ученые уже трудятся над тем, чтобы получать урожай даже в полной темноте.
Одной из главных проблем производства растительной пищи в закрытых помещениях является то, что фотосинтез, хоть он и появился более 3.4 миллиардов лет назад, все еще не слишком эффективен. Он потребляет воду, углекислый газ и фотоны света, и дает на выходе сахара. При этом большинство культурных растений превращают в полезный продукт лишь около одного процента солнечных лучей, поэтому для производства приемлемого количества еды нужно много места. На Марсе, как понятно, его нет.
Исследователи уже много лет пытаются повысить эффективность фотосинтеза. Используются и селекция, и генная инженерия, но пока без особого успеха. Не так давно один научный коллектив решил подойти к проблеме с другой стороны и попробовал вовсе исключить из уравнения этот природный процесс. Ученые поставляли растениям воду и углекислый газ, но энергия света была заменена в их экспериментах электричеством. Оно получалось в результате электрокатализа, преобразующего молекулы воды и углекислого газа в кислород и ацетат. Последний, кстати, является основным ингредиентом уксуса.
Ацетат смешивался с питательными веществами, после чего растение поглощало эту пищу корнями. Углерод, содержащийся в этой смеси, являлся полноценной заменой тому, которым насыщены сахара, вырабатывающиеся при фотосинтезе.
Ученые смогли вырастить в полной темноте водоросли и дрожжи, причем и те и другие развивались лучше, чем когда использовали свою естественную способность к фотосинтезу. Первый из упомянутых продуктов увеличил «урожайность» в четыре раза, а второй так и вовсе в восемнадцать.
Исследователи пытались вырастить с помощью ацетата рис, горох, помидоры, перец и салат-латук, однако в этом случае эксперименты проводились не в темноте. Ученые просто хотели убедиться, что перечисленные культуры способны работать на «альтернативном» углероде.
Примечательно, что ацетат производился из более тяжелого изотопа – это позволило отследить, какой объем данного химического элемента брался соответственно из ацетата и сахаров, полученных в результате фотосинтеза. Почему нельзя было просто попытаться вырастить названные культуры в темноте, ученые в отчете об исследовании не уточнили, зато было подтверждено, что все растения в той или иной степени воспользовались альтернативным способом питания.
Почему эта «волшебная» технология до сих пор не нашла самого широкого применения в сельском хозяйстве? Дело в том, что она оказалась не без изъяна и у ученых возникли определенные трудности. Экспериментируя с салатом, они тестировали различные концентрации ацетата. Было установлено, что растения, получавшие самую большую дозу, вырастали хилыми, хотя, казалось бы, должны были демонстрировать завидное здоровье. Слабыми оказывались как листья, так и корни.
Ученые предположили, что причиной может быть калий, содержавшийся в ацетатном растворе. В общем и целом, разработанная технология ещё далека от практического применения сельхозпроизводителями всего мира, однако, как кажется, следующим шагом может стать создание с помощью генной инженерии растений, которые более эффективно используют ацетат для своего развития.
Если исследователям и в самом деле удастся исключить фотосинтез из процесса выращивания урожая, этой технологией смогут пользоваться далеко не только колонисты, которым ещё надо добраться до пригодных к освоению планет. Большие города, например, не могут самостоятельно обеспечить свое население продуктами питания.
Тем временем, в любом мегаполисе предостаточно закрытых помещений, в том числе никем не используемых. Представляется, что при желании здесь можно производить свежие, дешевые и экологически чистые продукты. Не будем забывать и о том, что климатические изменения пагубно сказываются на сельском хозяйстве, в результате чего дефицит продовольствия все острее дает о себе знать во многих частях планеты. В этой ситуации было бы глупо пренебрегать теми возможностями, которые дают, например, небольшие домашние фермы.
Одной из главных проблем производства растительной пищи в закрытых помещениях является то, что фотосинтез, хоть он и появился более 3.4 миллиардов лет назад, все еще не слишком эффективен. Он потребляет воду, углекислый газ и фотоны света, и дает на выходе сахара. При этом большинство культурных растений превращают в полезный продукт лишь около одного процента солнечных лучей, поэтому для производства приемлемого количества еды нужно много места. На Марсе, как понятно, его нет.
Исследователи уже много лет пытаются повысить эффективность фотосинтеза. Используются и селекция, и генная инженерия, но пока без особого успеха. Не так давно один научный коллектив решил подойти к проблеме с другой стороны и попробовал вовсе исключить из уравнения этот природный процесс. Ученые поставляли растениям воду и углекислый газ, но энергия света была заменена в их экспериментах электричеством. Оно получалось в результате электрокатализа, преобразующего молекулы воды и углекислого газа в кислород и ацетат. Последний, кстати, является основным ингредиентом уксуса.
Ацетат смешивался с питательными веществами, после чего растение поглощало эту пищу корнями. Углерод, содержащийся в этой смеси, являлся полноценной заменой тому, которым насыщены сахара, вырабатывающиеся при фотосинтезе.
Ученые смогли вырастить в полной темноте водоросли и дрожжи, причем и те и другие развивались лучше, чем когда использовали свою естественную способность к фотосинтезу. Первый из упомянутых продуктов увеличил «урожайность» в четыре раза, а второй так и вовсе в восемнадцать.
Исследователи пытались вырастить с помощью ацетата рис, горох, помидоры, перец и салат-латук, однако в этом случае эксперименты проводились не в темноте. Ученые просто хотели убедиться, что перечисленные культуры способны работать на «альтернативном» углероде.
Примечательно, что ацетат производился из более тяжелого изотопа – это позволило отследить, какой объем данного химического элемента брался соответственно из ацетата и сахаров, полученных в результате фотосинтеза. Почему нельзя было просто попытаться вырастить названные культуры в темноте, ученые в отчете об исследовании не уточнили, зато было подтверждено, что все растения в той или иной степени воспользовались альтернативным способом питания.
Почему эта «волшебная» технология до сих пор не нашла самого широкого применения в сельском хозяйстве? Дело в том, что она оказалась не без изъяна и у ученых возникли определенные трудности. Экспериментируя с салатом, они тестировали различные концентрации ацетата. Было установлено, что растения, получавшие самую большую дозу, вырастали хилыми, хотя, казалось бы, должны были демонстрировать завидное здоровье. Слабыми оказывались как листья, так и корни.
Ученые предположили, что причиной может быть калий, содержавшийся в ацетатном растворе. В общем и целом, разработанная технология ещё далека от практического применения сельхозпроизводителями всего мира, однако, как кажется, следующим шагом может стать создание с помощью генной инженерии растений, которые более эффективно используют ацетат для своего развития.
Если исследователям и в самом деле удастся исключить фотосинтез из процесса выращивания урожая, этой технологией смогут пользоваться далеко не только колонисты, которым ещё надо добраться до пригодных к освоению планет. Большие города, например, не могут самостоятельно обеспечить свое население продуктами питания.
Тем временем, в любом мегаполисе предостаточно закрытых помещений, в том числе никем не используемых. Представляется, что при желании здесь можно производить свежие, дешевые и экологически чистые продукты. Не будем забывать и о том, что климатические изменения пагубно сказываются на сельском хозяйстве, в результате чего дефицит продовольствия все острее дает о себе знать во многих частях планеты. В этой ситуации было бы глупо пренебрегать теми возможностями, которые дают, например, небольшие домашние фермы.
Комментарии1
