В отличие от почвы на Земле, марсианский реголит, как известно, гораздо более суров для сельскохозяйственных культур, так как лишен сколько-нибудь значительного количества органических веществ.
Если человечество когда-нибудь совершит межпланетный прыжок с Земли на Марс , то способность выращивать растения на Красной планете будет иметь жизненно важное значение.
Мэтт Дэймон нашел выход в блокбастере 2015 года «Марсианин», сумев выжить на картошке во время вымышленной сюжетной линии, пишет dailymail.co.uk.
Теперь это видение может быть немного ближе к реальности, после того как ученые разработали новый метод выращивания сельскохозяйственных культур в полной темноте с помощью искусственного фотосинтеза.
Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде и Университета Делавэра использовали двухступенчатую систему химического электролиза для преобразования углекислого газа, электричества и воды в ацетат — форму основного компонента уксуса.
По их словам, организмы, производящие пищу, затем потребляли ацетат, чтобы расти в темноте.
Прогресс может помочь найти новые способы выращивания пищи на Земле, а также, возможно, на Марсе.
«Представьте себе когда-нибудь гигантские корабли, выращивающие томаты в темноте и на Марсе — насколько это будет проще для будущих марсиан?» сказала Марта Ороско-Карденас, директор Исследовательского центра по трансформации растений Калифорнийского университета в Риверсайде.
Соавтор исследования Фэн Цзяо из Университета Делавэра добавил: «Если мы избавимся от потребности в солнечном свете, то сможем выращивать несколько слоев культур одновременно, подобно тому, как выращивают грибы, и создать своего рода пищевая фабрика.
В отличие от почвы на Земле, марсианский реголит, как известно, гораздо более суров для сельскохозяйственных культур, так как лишен сколько-нибудь значительного количества органических веществ.
Марс также получает гораздо меньше солнечного света, чем Земля, поэтому ученые должны найти новые методы для увеличения темпов роста, если производство пищи на Красной планете будет реализовано.
Потребовались миллионы лет эволюции, чтобы фотосинтез развился в растениях как способ превращения воды, углекислого газа и энергии солнечного света в растительную биомассу и пищу для людей.
Но эксперты говорят, что этот естественный процесс не особенно эффективен, потому что только около 1 процента энергии, содержащейся в солнечном свете, попадает в растение.
Электролизер, разработанный UD, эффективно преобразовал 57 процентов молекул углерода, содержащихся в углекислом газе, в ацетат с использованием медного катализатора, создав высококонцентрированный поток ацетата, который можно было использовать в качестве подкормки для растений.
Исследователи изучили девять сельскохозяйственных культур (салат, рис, вигну, зеленый горошек, рапс, помидоры, перец, табак и арабидопсис, член семейства горчичных, в которое входят капуста и редис) и обнаружили, что растения способны поглощать углерод из этого внешнего источника. поставляется ацетат через основные метаболические пути.
Они также обнаружили, что использование солнечных панелей для выработки электроэнергии для обеспечения химической реакции может повысить эффективность преобразования солнечного света в пищу и сделать его в 18 раз более эффективным для некоторых продуктов питания.
«Мы смогли вырастить водоросли полностью в темноте», — сказал Шон Овера, четвертый год докторантуры химического машиностроения в UD и соавтор статьи.
Между тем, салат показал лучшее включение ацетата из всех пищевых культур.
Исследователи также изучили, куда попадает ацетат внутри растения.
Результаты показали, что все протестированные растения были способны усваивать ацетат и достаточно охотно переваривали и использовали молекулы углерода.
В некоторых растениях ацетат содержится в аминокислотах, в то время как в других он содержится в сахарах, которые растение использует в качестве энергии для роста.
«Это показало нам, что есть пищеварительные пути, которые могут быть разблокированы внутри многих видов растений, что может позволить им в конечном итоге полностью расти на ацетате», — сказал Овера.
«С помощью нашего подхода мы стремились определить новый способ производства пищи, который мог бы преодолеть ограничения, обычно накладываемые биологическим фотосинтезом», — сказал автор исследования Роберт Джинкерсон из Калифорнийского университета в Риверсайде.
«Используя современную двухступенчатую тандемную установку для электролиза CO2, разработанную в нашей лаборатории, мы смогли добиться высокой селективности по отношению к ацетату, который не может быть получен с помощью традиционных способов электролиза CO2», — добавил Цзяо.
Элизабет Ханн, соавтор исследования, сказала, что эта технология является «более эффективным методом превращения солнечной энергии в пищу по сравнению с производством продуктов питания, основанным на биологическом фотосинтезе».
Исследователи заявили, что это также позволило «переосмыслить то, как можно производить пищу в контролируемой среде».
«Использование методов искусственного фотосинтеза для производства продуктов питания может изменить парадигму того, как мы кормим людей. За счет повышения эффективности производства продуктов питания требуется меньше земли, что снижает воздействие сельского хозяйства на окружающую среду», — сказал д-р Джинкерсон.
«А для сельского хозяйства в нетрадиционных условиях, таких как космос, повышенная энергоэффективность может помочь накормить больше членов экипажа с меньшими затратами», — добавил он.
Новое исследование было опубликовано в журнале Nature Food .