ไม่มีแดด? ไม่มีปัญหา! อาจจะปลูกพืชในที่มืดได้ในไม่ช้า

ไฟฟ้าไม่เบา วันหนึ่งอาจเพิ่มพลังให้พวกมันเติบโต — พรพิเศษสำหรับภารกิจอวกาศ

ไม่มีแดด? นั่นอาจไม่ใช่ปัญหาสำหรับสวนอวกาศในอนาคต นักวิทยาศาสตร์เพิ่งคิดค้นวิธีการปลูกอาหารในที่มืด

จนถึงปัจจุบัน วิธีการใหม่นี้ใช้ได้กับสาหร่าย เห็ด และยีสต์ การทดลองในช่วงต้นของผักกาดหอมแนะนำว่าพืชสามารถเติบโตได้ในไม่ช้าโดยใช้แหล่งพลังงานอื่นนอกเหนือจากแสงแดด

กระบวนการที่ปราศจากแสงใช้คาร์บอนไดออกไซด์หรือ CO2 และคายอาหารจากพืชออกมา เช่นเดียวกับการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่อาหารจากพืชที่ทำคืออะซิเตท (ASS-eh-tayt) แทนที่จะเป็นน้ำตาล และแตกต่างจากการสังเคราะห์ด้วยแสง อาหารจากพืชชนิดนี้สามารถผลิตได้โดยใช้ไฟฟ้าแบบเก่าธรรมดา ไม่ต้องการแสงแดด

สิ่งนี้อาจไม่สำคัญในโลกที่มักจะมีแสงแดดเพียงพอสำหรับปลูกพืช อย่างไรก็ตาม ในอวกาศไม่ได้เป็นเช่นนั้นเสมอไป Feng Jiao อธิบาย เขาเป็นนักเคมีไฟฟ้าที่มหาวิทยาลัยเดลาแวร์ในนวร์ก นั่นเป็นเหตุผลที่เขาคิดว่าการสำรวจในห้วงอวกาศน่าจะเป็นแอปพลิเคชั่นใหญ่ตัวแรกสำหรับสิ่งนี้ กระบวนการใหม่ของทีมของเขาอาจพบการใช้งานบนพื้นผิวดาวอังคารด้วยซ้ำ เขากล่าว แม้แต่ในอวกาศ เขาชี้ให้เห็นว่านักบินอวกาศสามารถเข้าถึงไฟฟ้าได้ ตัวอย่างเช่น เขาเสนอว่า “บางทีคุณอาจจะมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์” บนยานอวกาศที่สร้างมันขึ้นมา

บทความของทีมของเขาปรากฏในนิตยสาร Nature Food ฉบับวันที่ 23 มิถุนายน

นักวิจัยได้มุ่งเน้นไปที่ประเด็นเรื่องแสงแดดสำหรับพืช แต่นั่นไม่ใช่ปัญหาเดียวที่เทคโนโลยีใหม่นี้สามารถช่วยแก้ไขได้ Matthew Romeyn กล่าว เขาเป็นนักวิทยาศาสตร์ด้านพืชของ NASA ที่ Kennedy Space Center ใน Cape Canaveral รัฐฟลอริดา เขาไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษานี้ อย่างไรก็ตาม เขาชื่นชมข้อจำกัดในการปลูกอาหารในอวกาศ งานของเขาคือการช่วยหาวิธีที่ดีกว่าในการปลูกพืชในอวกาศ และเขากล่าวว่า CO2 มากเกินไปเป็นปัญหาหนึ่งที่นักเดินทางในอวกาศจะเผชิญ

ทุกครั้งที่หายใจออก นักบินอวกาศจะปล่อยก๊าซนี้ มันสามารถสร้างในระดับที่ไม่แข็งแรงในยานอวกาศ Romeyn กล่าวว่า “ใครก็ตามที่มีวิธีการใช้ CO2 อย่างมีประสิทธิภาพ เพื่อทำสิ่งที่มีประโยชน์จริง ๆ กับ CO2 นั้นยอดเยี่ยมมาก”

เทคโนโลยีใหม่นี้ไม่เพียงแต่กำจัด CO2 เท่านั้น แต่ยังแทนที่ด้วยออกซิเจนและอาหารจากพืชอีกด้วย นักบินอวกาศสามารถหายใจเอาออกซิเจน และอาหารจากพืชก็สามารถช่วยปลูกพืชกินได้ “การทำสิ่งต่าง ๆ อย่างยั่งยืน” Romeyn กล่าว เขาให้เหตุผลว่าเป็นประโยชน์อย่างมากจากการศึกษาครั้งนี้

ความคิดหยั่งราก

เจียวคิดหาวิธีทำอะซิเตทจาก CO2 เมื่อไม่นานมานี้ (อะซิเตทเป็นสิ่งที่ทำให้น้ำส้มสายชูมีกลิ่นฉุน) เขาพัฒนากระบวนการสองขั้นตอน อย่างแรก เขาใช้ไฟฟ้าเพื่อแยกอะตอมออกซิเจนออกจาก CO2 เพื่อสร้างคาร์บอนมอนอกไซด์ (หรือ CO) จากนั้น เขาใช้ CO นั้นทำอะซิเตท (C2H3O2–) เทคนิคพิเศษไปพร้อมกันช่วยเพิ่มกระบวนการ

การใช้อะซิเตทเพื่อทดแทนการสังเคราะห์ด้วยแสงไม่เคยคิดมาก่อน จนกระทั่งเขาได้พูดคุยกับนักวิทยาศาสตร์พืชบางคน “ฉันกำลังจัดสัมมนา” เจียวเล่า “ฉันพูดว่า ‘ฉันมีเทคโนโลยีเฉพาะกลุ่มนี้’”

เขาอธิบายการใช้ไฟฟ้าเพื่อเปลี่ยน CO2 เป็นอะซิเตท ทันใดนั้น นักวิทยาศาสตร์ด้านพืชเหล่านั้นก็สนใจเทคโนโลยีของเขาอย่างแรงกล้า

พวกเขารู้บางอย่างเกี่ยวกับอะซิเตท โดยปกติพืชจะไม่ใช้อาหารที่ไม่ได้ทำเอง แต่มีข้อยกเว้น – และอะซิเตทเป็นหนึ่งในนั้น เอลิซาเบธ ฮันน์ อธิบาย เธอเป็นนักวิทยาศาสตร์พืชที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ริเวอร์ไซด์ เป็นที่ทราบกันดีว่าสาหร่ายใช้อะซิเตทเป็นอาหารเมื่อไม่มีแสงแดดส่องถึง พืชก็เช่นกัน

เมื่อเจียวพูดคุยกับนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับพืช ก็มีความคิดเกิดขึ้น เคล็ดลับ CO2-to-acetate นี้สามารถทดแทนการสังเคราะห์ด้วยแสงได้หรือไม่? ถ้าเป็นเช่นนั้น พืชสามารถเติบโตได้ในความมืดสนิท

นักวิจัยได้ร่วมมือกันทดสอบแนวคิดนี้ ประการแรก พวกเขาจำเป็นต้องรู้ว่าสิ่งมีชีวิตจะใช้อะซิเตทที่ผลิตในห้องปฏิบัติการหรือไม่ พวกเขาป้อนอะซิเตทให้กับสาหร่ายและพืชที่อาศัยอยู่ในความมืด ถ้าไม่มีแสง การสังเคราะห์ด้วยแสงก็เป็นไปไม่ได้ ดังนั้นการเติบโตที่พวกเขาเห็นจะต้องได้รับแรงบันดาลใจจากอะซิเตทนั้น

สาหร่ายเติบโตได้ดี — มีประสิทธิภาพมากกว่าแสงถึงสี่เท่าในการเร่งการเจริญเติบโตผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสง นักวิจัยเหล่านี้ยังพัฒนาสิ่งต่างๆ บนอะซิเตทที่ไม่ใช้การสังเคราะห์ด้วยแสง เช่น ยีสต์และเห็ด

อนิจจา สุจิตต์ ปุถิยาวีติล ชี้ให้เห็นว่า “พวกเขาไม่ได้ปลูกพืชในที่มืด” นักชีวเคมี เขาทำงานที่ Purdue University ใน West Lafayette, Ind.

นั่นเป็นความจริง Marcus Harland-Dunaway กล่าว เขาเป็นสมาชิกของทีมที่ UC Riverside Harland-Dunaway พยายามปลูกต้นกล้าผักกาดหอมในที่มืดบนอาหารที่มีอะซิเตทและน้ำตาล ต้นกล้าเหล่านี้มีชีวิตอยู่แต่ไม่เติบโต พวกเขาไม่ได้ใหญ่ขึ้น

แต่นั่นไม่ใช่จุดจบของเรื่อง

ทีมงานติดแท็กอะซิเตทด้วยอะตอมพิเศษ — ไอโซโทปของคาร์บอนบางตัว ซึ่งช่วยให้พวกเขาติดตามได้ว่าอะตอมของคาร์บอนเหล่านั้นลงเอยที่ใดในพืช และคาร์บอนของอะซิเตทก็กลายเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์พืช Harland-Dunaway สรุปว่า “ผักกาดหอมกำลังกินอะซิเตท” และสร้างเป็นกรดอะมิโนและน้ำตาล กรดอะมิโนเป็นส่วนประกอบสำคัญของโปรตีนและน้ำตาลเป็นเชื้อเพลิงของพืช

ดังนั้นพืชสามารถกินอะซิเตทได้ พวกมันก็มักจะไม่กิน Harland-Dunaway กล่าวว่าอาจต้องใช้ “การปรับแต่ง” บ้างเพื่อให้พืชใช้วิธีแก้ปัญหาการสังเคราะห์ด้วยแสงนี้ได้

เรื่องใหญ่?

กระบวนการสองขั้นตอนของ Jiao ในการเปลี่ยน CO2 เป็น CO เป็นอะซิเตทคือ “เคมีไฟฟ้าที่ชาญฉลาด” Puthiyaveetil กล่าว นี่ไม่ใช่รายงานครั้งแรกของการใช้ไฟฟ้าในการผลิตอะซิเตท เขาชี้ให้เห็น แต่กระบวนการสองขั้นตอนนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าวิธีก่อนหน้านี้ ผลิตภัณฑ์สุดท้ายส่วนใหญ่เป็นอะซิเตท แทนที่จะเป็นผลิตภัณฑ์คาร์บอนอื่นๆ

แมทธิว คานัน นักเคมีตั้งข้อสังเกต การให้อะซิเตทที่ผลิตด้วยไฟฟ้าแก่สิ่งมีชีวิตก็เป็นแนวคิดใหม่เช่นกัน เขาทำงานที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดในแคลิฟอร์เนีย

Gioia Massa ที่ Kennedy Space Center มองเห็นศักยภาพในแนวทางนี้ เธอเป็นนักวิทยาศาสตร์พืชในโครงการ Space Crop Production ของ NASA มันศึกษาวิธีการทำฟาร์มอาหารในอวกาศ นักบินอวกาศสามารถเลี้ยงสาหร่ายได้อย่างง่ายดาย แต่การกินสาหร่ายไม่น่าจะทำให้นักบินอวกาศมีความสุข แต่ทีมของ Massa ตั้งเป้าที่จะปลูกของอร่อยๆ ด้วยวิตามินมากมาย

ที่ NASA เธอกล่าวว่า “เราได้รับการติดต่อเข้ามามากมาย … ด้วยแนวคิดที่แตกต่างกัน [สำหรับการปลูกพืชผล]” งานอะซิเตทนี้อยู่ในระยะเริ่มต้น เธอกล่าว แต่ผลการวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นศักยภาพของอะซิเตทในการปลูกพืชในอวกาศ “ดีมาก”

ในภารกิจแรกสู่ดาวอังคาร เธอกล่าวว่า “เราอาจจะนำอาหารส่วนใหญ่มาจากโลก” ต่อมา เธอสงสัยว่า “เราจะลงเอยด้วยระบบไฮบริด” ซึ่งเป็นระบบที่ผสมผสานวิธีการทำฟาร์มแบบเก่าเข้ากับระบบใหม่ สารทดแทนไฟฟ้าสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง “อาจเป็นหนึ่งในแนวทางที่ดี”

Kanan หวังว่าการแฮ็กโรงงานนี้อาจช่วยผู้ปลูกบนดินได้เช่นกัน การใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการทำฟาร์มจะมีความสำคัญมากขึ้นในโลกที่สามารถทำได้

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ legacytalentagency.com