สาริน คุนทอง/Shutterstock.com
ตรรกะทั่วไปเมื่อพูดถึงการจัดการกับโลกระดับคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) สูงจนเป็นอันตรายคือการคิดหาวิธีที่จะให้แน่ใจว่าเราสูบ CO2 น้อยลงขึ้นไปในอากาศเป็นอันดับแรก
แต่ชีวิตของพืชก็ช่วยได้เช่นกันเพื่อลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ของมนุษยชาติประมาณ 25 เปอร์เซ็นต์ของการปล่อยก๊าซคาร์บอนของเราเพื่อผลิตเชื้อเพลิงสำหรับตัวมันเองในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง ปัญหาเดียวก็คือ ระบบธรรมชาติในการทำเช่นนี้ค่อนข้างช้าและไม่มีประสิทธิภาพ แต่จะเกิดอะไรขึ้นหากสามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้?
นั่นคือแนวคิดเบื้องหลังการศึกษาใหม่จากนักวิจัยชาวเยอรมัน ซึ่งได้พัฒนาระบบสังเคราะห์เพื่อรวมคาร์บอนไดออกไซด์เข้ากับสารประกอบอินทรีย์ ที่เรียกว่าการตรึงคาร์บอนซึ่งเร็วกว่าวิธีการของธรรมชาติอย่างมากและประหยัดพลังงานมากกว่า
เมื่อพืชดูดซับคาร์บอนในช่วงที่เรียกว่าวงจรคาลวิน– ขั้นตอนที่สองของการสังเคราะห์ด้วยแสง – เอนไซม์ที่เรียกว่าRuBisCOช่วยกระตุ้นปฏิกิริยาเปลี่ยนคาร์บอนไดออกไซด์ให้เป็นกลูโคสซึ่งพืชใช้เป็นแหล่งพลังงาน
นักวิจัยชั้นนำ Tobias Erb จากสถาบัน Max Planck สำหรับจุลชีววิทยาภาคพื้นดิน ระบุว่าข้อเสียของระบบนี้ก็คือ RuBisCO เองก็ไม่ได้ทำงานเร็วนัก ซึ่งทำให้กระบวนการทั้งหมดต้องดำเนินต่อไป
"RuBisCO ทำงานช้า" เขาบอกกับ William Herkewitz ที่กลศาสตร์ยอดนิยมโดยเสริมว่ายังมีข้อผิดพลาดได้ง่ายอีกด้วย
"[ฉัน] ไม่เกิดผลย้อนกลับบ่อยครั้ง ซึ่งหมายความว่าทุกๆ ห้าครั้งที่ RuBisCO จะผสม CO2 กับก๊าซออกซิเจน"เขาอธิบายซึ่งทำให้การดูดซึมคาร์บอนช้าลงอีก
เพื่อดูว่าพวกเขาสามารถออกแบบระบบประดิษฐ์ให้ดีขึ้นได้หรือไม่ ทีมงานของ Erb ได้สำรวจคลังเอนไซม์ที่รู้จักประมาณ 40,000 ชนิดจากทุกสาขาอาชีพ
"เอนไซม์บางชนิดพบได้ในร่างกายมนุษย์ และแบคทีเรียในลำไส้"เขาพูดในขณะที่บางชนิดมีแหล่งที่มา "จากพืชและจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในมหาสมุทรและบนพื้นผิวของพืช"
จากแค็ตตาล็อกขนาดใหญ่นี้ นักวิจัยได้ระบุเอนไซม์ที่แตกต่างกัน 17 ชนิดจากสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างกัน 9 ชนิด และออกแบบพวกมันให้เป็นระบบ 11 ขั้นตอนใหม่ที่สร้างวงจรคาลวินขึ้นมาใหม่อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ให้ผลลัพธ์ที่เหนือกว่า
เอนไซม์เหล่านี้ซึ่งอยู่ในกลุ่มที่เรียกว่า ECR สามารถปูทางไปสู่สารอินทรีย์ชนิดใหม่ได้ระบบดักจับคาร์บอนนั่นอาจมีประสิทธิภาพมากกว่าไม้พุ่มบนขอบหน้าต่างของคุณ
"ECR เป็นเอ็นไซม์ซุปเปอร์ชาร์จที่สามารถตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ได้เร็วกว่าเกือบ 20 เท่าของเอนไซม์ตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ที่แพร่หลายมากที่สุดในธรรมชาติ นั่นคือ RuBisCo ซึ่งทำหน้าที่ยกของหนักที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ด้วยแสง" Erb กล่าวในข่าวประชาสัมพันธ์-
เนื่องจากกระบวนการนี้เพิ่งทดลองในหลอดทดลองเท่านั้น ยังเร็วเกินไปที่จะบอกว่าระบบสามารถจับคาร์บอนในชั้นบรรยากาศในโลกแห่งความเป็นจริงได้เร็วแค่ไหน
เอิร์บการประมาณการมันอาจจะเร็วกว่าพืชถึงสองหรือสามเท่า แต่ยอมรับว่าเป็นการคาดเดาทั้งหมดจนกว่าจะมีการวิจัยเพิ่มเติม
"จนถึงขณะนี้ วงจรการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์เทียมของเราถือเป็นข้อพิสูจน์ในหลักการ" เขาบอกกับ Maarten Rikken ที่รีเสิร์ชเกท- “การปลูกถ่าย 'หัวใจเมตาบอลิซึมใหม่' ดังกล่าวไปเป็นสิ่งมีชีวิต เช่น สาหร่ายหรือพืช ถือเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่อีกประการหนึ่ง”
แต่ถ้านักวิทยาศาสตร์สามารถหาวิธีรวมวงจรการตรึงคาร์บอนสังเคราะห์นี้เข้ากับพืชที่มีชีวิตหรือสิ่งมีชีวิตที่ดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์ประเภทอื่นได้ สักวันหนึ่งอาจช่วยได้มากในการกำจัดสิ่งเหล่านี้โมเลกุลกักความร้อนจากบรรยากาศของเรา – และนั่นจะเป็นสิ่งที่ดีเท่านั้น
"นี่เป็นผลลัพธ์ที่น่าตื่นเต้นสำหรับชีววิทยาของระบบ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเส้นทางการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ตามทฤษฎีแบบใหม่สามารถเกิดขึ้นได้จริง" นักชีววิทยาด้านพืช Lisa Ainsworth จากมหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Urbana-Champaign ซึ่งไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการวิจัยกล่าวกับ Eva Botkin-Kowacki ที่จอภาพวิทยาศาสตร์คริสเตียน-
"ไม่ว่าเส้นทางนี้หรือเส้นทางใหม่อื่น ๆ จะสามารถออกแบบให้เป็นพืชได้หรือไม่นั้นเป็นคำถามที่เปิดกว้าง แต่งานวิจัยชิ้นนี้ก็ได้พัฒนาความเป็นไปได้อย่างแน่นอน"
คุณสามารถหาข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการวิจัยได้ในวิดีโอด้านล่าง-
ผลการวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในศาสตร์-
