Um die Welt zu ernähren, müssen wir möglicherweise Photosynthese zu hacken

Eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts wird herauszufinden, wie unsere steigende Weltbevölkerung ernährt werden. Jetzt, einige Wissenschaftler machen die radikale Behauptung, die immer mehr Nahrung wird nicht genug sein – wir brauchen buchstäblich um Photosynthese zu hacken.

Menschen züchten Kulturpflanzen um schneller wachsen und mehr Ertrag seit etwa 10.000 Jahren. Die technologischen Entwicklungen von der Mitte des 20. Jahrhunderts sah rasche Zunahme der landwirtschaftlichen Produktivität, die eine Ära der exponentielles Bevölkerungswachstum angepfiffen. Aber in den letzten Jahrzehnten Ertragsverbesserungen verlangsamt haben, wie viele Pflanzen ihre biologischen Grenzen erreicht haben. Möchten wir weiter beschleunigen Pflanzenwachstum um den Anforderungen unserer steigenden Bevölkerung (möglicherweise gibt es fast 10 Milliarden von uns bis Mitte des Jahrhunderts), können natürliche Zuchtprogramme nicht mehr schneiden.

Aber was passiert, wenn wir etwas dramatischer tun könnte? Wenn es darum geht zu quetschen Kalorien in unsere Pflanzen, Photosynthese – der biochemischen Weg, mit denen Pflanzen Kohlendioxid in Zucker zu verwandeln – ist letztlich die Bandbreitenbegrenzung Schritt. Laut einem Bericht, verfasst von Universität von Illinois Pflanzenbiologe Stephen Long und Kollegen gab es nie eine bessere Zeit zu versuchen, unsere Hand im hacking der biochemischen Weges, der seit mehr als 3 Milliarden Jahren die Planeten ernährt hat:

"Wir nun jeden Schritt im Prozess, dass Laufwerk Photosynthese in C3 Kulturpflanzen wie Sojabohnen und C4-Pflanzen wie Mais, weiß" lange sagte in einer Erklärung. "Wir haben noch nie da gewesenen computational Ressourcen, die uns zu jeder Phase der Photosynthese zu modellieren und bestimmen, wo die Engpässe sind, und Fortschritte in der Gentechnik werden uns helfen, Augment, oder umgehen diese Schritte, die Effizienz zu behindern."

Wie lange erläutert in seinem Vortrag gibt es ein paar grundlegende Ansätze, die Wissenschaftler verwenden können, um Photosynthese künstlich zu verbessern. Eine Strategie konzentriert sich auf Gentechnik oder nützliche Gene von einem Organismus in ein anderes einfügen. Zum Beispiel verwenden bestimmte photosynthetischen Mikroben verschiedene Pigmente als unsere Kulturen, so dass sie Zugriff auf ungewöhnliche Teile des Spektrums Sonnenstrahlung. Wenn wir Pigment Gene aus dieser Mikroben in höheren Pflanzen einfügen könnte, können wir möglicherweise die Menge des Tageslichtes zu steigern, die unsere Pflanzen erfasst werden können. Oder wir könnten tauschen in Genen, die eine effizientere Versionen der kritischen Enzyme wie Rubisco zu kodieren. Ein anderer Ansatz wäre ganz ganze Chloroplasten zu injizieren – die winzigen, Jellybean geformt Fabriken wo Photosynthese Auftritt – von einem effizienteren Sonne-Rechner in einen weniger effizienten.

Bild: University of Michigan SNRE / Flickr

Die meisten dieser Forschung ist immer noch sehr provisorisch, aber Wissenschaftler einige vielversprechende Ergebnisse bisher gesehen haben. Im Labor hat Longs Team erfolgreich eine Handvoll Genen aus blau - grüne Algen in Pflanzen, photosynthetischen Preise um bis zu 30 Prozent steigern eingefügt. Andere Forschungsgruppen nutzen anspruchsvolle Computermodelle zu studieren die gesamte photosynthetischen Weg und festzunageln, wo die biochemischen Staus auftreten. Solche Modelle wurden durch eine 60-prozentige Verbesserung der Prozesseffizienz, erreichen up und Down-Regulierung von kritischen Gene.

Natürlich klappt nicht Biohacking allein, uns vor einer globalen Nahrungsmittelkrise zu retten: Vorbereitung auf die Auswirkungen des Klimawandels ändern und Wasserknappheit und mehr Nahrungsmittelproduktion in das Gewebe unserer Städte zu integrieren auch werden kritische Schritte sein. (Wie wird reduziert, unsere Produktion und Konsum von Fleisch, das meisten unserer anderen Umweltprobleme Compoundierung ist.) Aber es sieht nicht wie die Idee des Hackens Photosynthese geht weg jederzeit bald so aufgemotzte Gemüse, zusammen mit Labor-grown Burger Bratlinge und Soylent, die Liste der bizarren Techno-Lebensmittel hinzufügen zu können, die bald einen Platz in Ihrem Kühlschrank aufhalten dürfen.

Lesen Sie den vollständigen frei zugänglichen wissenschaftlichen Bericht hier.

Bild oben: Cris Fotos / Flickr

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