Vědci si tedy položili otázku, nad kterou pravděpodobně nikdo z nás ani neuvažoval, protože se zdá být velmi nepravděpodobná: co kdyby plodiny mohly růst bez slunečního světla - ne ve stylu vertikální farmy, kde LED světlo nahrazuje slunce, ale v úplné tmě? Článek zveřejněný v červnu 2022 v časopise Nature Food popisuje metodu, jak toho dosáhnout.
Fotosyntéza využívá řadu chemických reakcí k přeměně oxidu uhličitého, vody a slunečního světla na glukózu a kyslík. Nejprve probíhá fáze závislá na světle, která se spoléhá na slunce, jež přenáší energii do rostlin, a ty ji pak přeměňují na chemickou energii. Následuje fáze nezávislá na světle (nazývaná také Calvinův cyklus), kdy se tato chemická energie a oxid uhličitý použijí na tvorbu molekul sacharidů (např. glukózy).
Výzkumný tým z Kalifornské univerzity v Riverside a Delawarské univerzity našel způsob, jak zcela přeskočit fázi závislou na světle a poskytnout rostlinám chemickou energii potřebnou k dokončení Calvinova cyklu v úplné tmě. Pomocí elektrolýzy přeměnili oxid uhličitý a vodu na acetát, který ve tmě podávali rostlinám. Při pokusu jistili, že rostliny dokážou acetát využít stejně jako chemickou energii, kterou by získaly ze slunečního světla.
Svou metodu vyzkoušeli vědci na několika druzích rostlin a měřili rozdíly v účinnosti růstu ve srovnání s běžnou fotosyntézou. Zelené řasy rostly čtyřikrát efektivněji, zatímco u kvasinek došlo k 18násobnému zlepšení. Tým také úspěšně krmil acetátem hrášek, rajčata, tabák, rýži a řepku.
„Obvykle se tyto organismy pěstují na cukrech pocházejících z rostlin nebo na vstupních látkách získaných z ropy - což je produkt biologické fotosyntézy, která probíhala před miliony let," uvedla Elizabeth Hann, spoluautorka studie. Problémem fotosyntézy, ačkoli existuje od počátku života na Zemi, je fakt, že dokáže přeměnit na "potravu" pro rostlinu jen asi jedno procento energie získané ze slunečního světla. „Tato technologie představuje účinnější metodu přeměny sluneční energie na potraviny ve srovnání s produkcí potravin, která je založena na biologické fotosyntéze."
Oddělení růstu rostlin od slunečního světla, jakkoli to zní bizarně, by potenciálně mohlo mít pro produkci potravin obrovský přínos. Vzhledem k tomu, že kvůli klimatickým změnám lze počasí, a tedy i výnosy plodin, stále hůře předvídat, je stále lákavější - a nutnější - pěstovat potraviny v kontrolovaném prostředí, jako jsou vertikální farmy. Možnost pěstovat více plodin v interiéru by také přinesla zcela novou úroveň "lokálnosti", protože plodiny využívající umělou fotosyntézu nahrazující sluneční světlo by teoreticky mohly být pěstovány téměř kdekoli.
„Využití přístupů umělé fotosyntézy k produkci potravin by mohlo znamenat změnu paradigmatu v tom, jak živíme lidi," řekl spoluautor studie Robert Jinkerson, odborný asistent chemického a environmentálního inženýrství na Kalifornské univerzitě v Riverside. „Při zvýšení efektivity výroby potravin je potřeba méně půdy, což snižuje dopad zemědělství na životní prostředí."
Než začneme vážně uvažovat o tom, že by tato metoda byla využita pro velkovýrobu potravin, bude třeba doladit některé klíčové detaily. Kolik energie, vody a dalších zdrojů by se spotřebovalo ve srovnání s tradičním zemědělstvím nebo jinými technologiemi pro pěstování potravin? Je struktura, chuť a nutriční obsah rostlin krmených acetátem stejný jako u rostlin pěstovaných na slunci?
Manipulovat s přírodou, to je vždy trochu riskantní. Nicméně lidé tak činí už po staletí; naše přežití vlastně do jisté míry závisí na naší schopnosti s přírodou manipulovat. Nyní jsme svědky následků této manipulace. Ale techniky jako je právě umělá fotosyntéza, by se mohly stát součástí souboru nástrojů, které budeme potřebovat k nápravě škod, které jsme napáchali, a zároveň k zajištění budoucí výživy nás všech.
