طور العلماء طريقة جديدة لزراعة المحاصيل في الظلام الدامس باستخدام التمثيل الضوئي الاصطناعي، واستخدم باحثون من جامعة كاليفورنيا وريفرسايد وجامعة ديلاوير نظاما كهربائيا كيميائيا مكونا من خطوتين لتحويل ثاني أكسيد الكربون والكهرباء والماء إلى أسيتات وهو شكل من المكونات الرئيسية للخل.

وقالوا إن الكائنات الحية المنتجة للغذاء استهلكت بعد ذلك مادة الأسيتات لتنمو في الظلام، ويمكن أن يساعد التقدم في الوصول إلى طرق جديدة لزراعة الغذاء على الأرض وكذلك ربما على المريخ.

قالت مديرة مركز أبحاث تحويل النباتات في جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد، مارثا أوروزكو كارديناس:" تخيل يوما ما سفنا عملاقة تزرع نباتات الطماطم في الظلام وعلى سطح المريخ - ما مدى سهولة ذلك على المريخ في المستقبل؟".

وأضاف المؤلف المشارك في الدراسة فينج جياو ، من جامعة ديلاوير:"إذا تخلصنا من الحاجة إلى ضوء الشمس، فيمكننا زراعة طبقات متعددة من المحاصيل في وقت واحد، على غرار طريقة زراعة الفطر، وإنشاء نوع من مصنع طعام".

وأضاف جياو:"على عكس التربة على الأرض، فإن الثرى المريخي، كما هو معروف يكون أكثر قسوة على المحاصيل، لأنه يخلو من أي كمية كبيرة من المواد العضوية".

وبحسب البحث يحصل المريخ أيضا على كمية أقل بكثير من ضوء الشمس مقارنة بالأرض، لذلك يتعين على العلماء إيجاد تقنيات جديدة لتحسين معدلات النمو إذا كان إنتاج الغذاء على الكوكب الأحمر يؤتي ثماره.

واستغرق تطوير عملية التمثيل الضوئي في النباتات ملايين السنين كطريقة لتحويل الماء وثاني أكسيد الكربون والطاقة من ضوء الشمس إلى كتلة حيوية نباتية وطعام يأكله البشر، لكن الخبراء قالوا إن هذه العملية الطبيعية ليست فعالة بشكل خاص لأن حوالي 1 في المائة فقط من الطاقة الموجودة في ضوء الشمس ينتهي بها المطاف في النبات.

قام المحلل الكهربائي المطور UD بتحويل 57 في المائة من جزيئات الكربون الموجودة في ثاني أكسيد الكربون إلى أسيتات باستخدام محفز نحاسي، مما أدى إلى تكوين تيار عالي التركيز من الأسيتات يمكن استخدامه كغذاء نباتي.

ودرس الباحثون تسعة نباتات من المحاصيل (الخس والأرز واللوبيا والبازلاء الخضراء والكانولا والطماطم والفلفل والتبغ والأرابيدوبسيس، وهو أحد أفراد عائلة الخردل التي تضم الملفوف والفجل) ووجدوا أن النباتات قادرة على امتصاص الكربون من الخارج، وتوفير الأسيتات من خلال مسارات التمثيل الغذائي الرئيسية.

ووجدوا أيضا أن استخدام الألواح الشمسية لتوليد الكهرباء لتشغيل التفاعل الكيميائي يمكن أن يزيد من كفاءة تحويل ضوء الشمس إلى طعام ويجعله أكثر كفاءة بنسبة 18 مرة لبعض المواد الغذائية.

قال طالب الدكتوراه في الهندسة الكيميائية في السنة الرابعة في جامعة UD والمؤلف الأول المشارك في الورقة شون أوفيرا : "لقد تمكنا من زراعة الطحالب تماما في الظلام، وفيي الوقت نفسه، أظهر الخس أفضل دمج للأسيتات من بين جميع المحاصيل الغذائية".

درس الباحثون أيضا مكان دخول الأسيتات داخل النبات، وأظهرت النتائج أن جميع النباتات التي تم اختبارها كانت قادرة على دمج الأسيتات، وكانت مستعدة تماما لهضم واستخدام جزيئات الكربون.

وظهرت لدى بعض النباتات مادة الأسيتات في الأحماض الأمينية للنبات، بينما وجدت في نباتات أخرى في السكريات التي يستخدمها النبات كطاقة للنمو.

" ديلي ميل "