Cum ar fi să nu ne mai bazăm pe procesul de fotosinteză?

O roșie cultivată în întregime in vitro fără fotosinteză, folosind zahăr extern și fără lumină.
​Foto oferită de Niels Peeters

​În cursa pentru optimizarea culturilor în interior (sere verticale), o mare parte dintre inovațiile din industrie s-au concentrat pe îmbunătățirea iluminatului artificial cu becuri LED mai eficiente, senzori mai inteligenți și spectre de lumină mai fin reglate. ”Ce-ar fi dacă adevărata descoperire nu ar fi o lumină mai puternică, ci mai degrabă lipsa ei? Este provocarea la care și-a propus să răspundă o echipă de cercetători din două universități de prestigiu: Wageningen University și Utrecht University. 

​Este o inițiativă radicală a proiectului Fruit of Knowledge, care își propune să cultive roșii fără fotosinteză. În loc să folosească plante pentru a converti lumina soarelui în zaharuri, cercetătorul Lucas van der Zee dezvoltă roșii direct din flori, hrănindu-le extern cu zaharuri, într-un mediu controlat. Rezultatul? Producția de fructe fără rădăcini, sol sau alte stadii vegetative, și fără a transforma electricitatea în lumină doar pentru a simula soarele.
 
Dincolo de „logica” plantei
Fotosinteza a fost mult timp tratată ca punct de plecare pentru toate sistemele agricole, inclusiv cele de interior. Dar cercetarea lui van der Zee pune sub semnul întrebării dacă această dependență mai are sens, în special în mediile controlate unde iluminatul poate reprezenta mai mult de jumătate din consumul total de energie. „Practic, ne bazăm pe fotosinteză pentru toată producția primară de biomasă de pe Pământ”, spune el. „Ce se întâmplă dacă nu ne mai putem baza pe ea, deoarece schimbările climatice fac imposibilă practicarea agriculturii din cauza secetei, inundațiilor și furtunilor? explică el motivul acestor încercări.
„Din punct de vedere energetic, cultivarea plantelor cu lumină artificială adesea nu are sens”, argumentează van der Zee. „Transformi lumina soarelui în electricitate, pe care apoi trebuie să o transformi înapoi în lumină, pe care planta o folosește apoi pentru a produce zaharuri. Există atât de multe pierderi pe această cale”, mai spune el. Această ineficiență energetică devine deosebit de pronunțată în culturile plantelor cu fructe, cum ar fi tomatele, care necesită cicluri lungi de creștere, suport structural și inputuri substanțiale. Abordarea lui Van der Zee își propune să elimine întregul proces fotosintetic și să livreze zaharurile direct către partea plantei pe care o folosim efectiv. „Dacă putem oferi zaharuri direct fructelor care cresc, acest lucru ar putea deschide agricultura verticală către o gamă complet nouă de culturi”, explică el. „Desigur, funcționează doar dacă poți obține aceste zaharuri în mod sustenabil”, a mai punctat.
 
Regândirea plantei
Proiectul nu își propune doar să optimizeze folosirea energiei, ci și să ”regândească scopul unei plante”. În laborator, Van der Zee și colaboratorul său Niels Peeters au găsit modalități de a induce flori din celulele meristematice (celulele stem ale plantei) fără a crește mai întâi întreaga structură vegetativă. „Ocolim complet formarea rădăcinilor și faza vegetativă”, spune Van der Zee. „Meristemul generează o floare sau un ciorchine de flori în loc de o plantulă. De acolo, o hrănim direct cu nutrienți și zaharuri.” Odată polenizate sau stimulate chimic, aceste flori încep să lege fructe. Plasate într-un mediu de zahăr și nutrienți în condiții sterile, fructul crește independent, fără fotosinteză, fără lumină. Procesul imită modul în care semințele dintr-un fruct impulsionează dezvoltarea din interior, permițând o creștere relativ autonomă. „Fructul se comportă complet independent odată ce dezvoltarea începe. Este ca și cum ai păcăli natura să-și sară peste etapele obișnuite.”
 
Ecuația energiei
Van der Zee folosește în prezent zahăr standard obținut din sfeclă de zahăr, dar viitoarele încercări s-ar putea baza pe surse circulare sau electro-derivate. El indică cercetările realizate de Laboratorul Jinkerson care arată că, de plidă conversia electrochimică a CO₂ în acetat, o sursă de carbon pe care unele plante o pot folosi, este deja mai eficientă din punct de vedere energetic decât fotosinteza. „Dacă produceți zaharuri direct cu ajutorul electricității, sistemul devine de câteva ori mai eficient decât fotosinteza bazată pe LED-uri”, spune Van der Zee. „Și evitați necesitatea de a proiecta sisteme întregi de plante doar pentru a recolta partea dorită.” În mediile controlate, unde iluminatul reprezintă până la 60% din costurile energiei, această schimbare ar putea fi de mare impact. Un model fără lumină nu numai că reduce nevoia de energie, dar simplifică și infrastructura, în special în climatele în care costurile energiei pentru încălzire sau răcire sunt prohibitive. „În afară de zahăr, principalele inputuri sunt nutrienții și unele sisteme mecanice de bază, cum ar fi pompele, ventilatoarele și poate încălzirea, la un nivel mai scăzut. Mult mai puțin decât ceea ce necesită creșterea completă a plantelor.”
 
Un proces în curs de dezvoltare
Proiectul este încă în stadii incipiente. Fructele cultivate până acum sunt mici, aproximativ de mărimea unei afine, dar au gust de roșii. Van der Zee explorează modalități de a crește dimensiunea fructelor, inclusiv recoltarea cu o bucată din tulpina principală atașată, pentru a îmbunătăți absorbția nutrienților. „Am demonstrat deja că, dacă lăsăm o parte din tulpină, fructele pot crește la fel de mari ca pe plantă. Fără ea, rămân mici. Încă cercetăm motivele.” Chiar și fără răspunsuri deocamdată, implicațiile sunt clare: dacă fructele pot fi cultivate fără lumină, sol sau o plantă întreagă, profilul energetic al agriculturii verticale s-ar putea schimba complet. Și, având în vedere că perturbările climatice amenință agricultura în aer liber, nevoia de sisteme ultra-reziliente, cu resurse reduse, nu a fost niciodată mai mare.

O roșie cultivată în întregime in vitro fără fotosinteză, folosește zahăr extern și fără lumină.
Foto oferită de Niels Peeter

Dincolo de seră
Echipa Fruit of Knowledge nu își poziționează rezultatele obținute ca fiind un înlocuitor pentru agricultura tradițională, ci ca un sistem posibil complementar, în special în situații în care cultivarea fructelor este dificilă, sezonieră sau foarte costisitoare. „La fel ca agricultura verticală, acest sistem este independent de climă și poate funcționa pe tot parcursul anului. Ar putea avea cel mai mult sens pentru culturile care sunt greu de cultivat în fermele verticale, sau pentru fructele care sunt fragile și au o durată de valabilitate scurtă.” Și, deși ideea de a cultiva roșii într-un borcan cu apă cu zahăr poate părea futuristă, van der Zee se grăbește să o pună în practică. Într-un fel, saltul este mai puțin despre science fiction și mai mult despre recunoașterea punctelor slabe ale sistemelor noastre actuale. „Nu încercăm să recreăm natura”, spune el. „Ne întrebăm: care este minimul de care avem nevoie pentru a cultiva alimente de înaltă calitate? Ce se întâmplă dacă proiectăm pentru asta în schimb?” (sursa: FreshPlaza.com )
 
Roxana Drăghici