زیست فناوری کشاورزی

مرکز جامع اطلاع رسانی

چاپ ۳ بعدی مرجان‌ها؛ آینده انرژی‌های زیستی

محققان می‌گویند چاپ سه‌بعدی مرجان‌ها می‌تواند برای پرورش جلبک‌ها استفاده شود و آینده انرژی‌های زیستی را بسازد.

با گرم شدن کره زمین که دمای هوا در پی آن در دریاها افزایش می‌یابد، صخره‌های مرجانی در سراسر جهان در حال از بین رفتن هستند. این صخره‌های ظریف به طور ویژه حتی به تغییرات جزئی در دمای متوسط ​​و میزان شوری آب حساس هستند و مرگ آنها می‌تواند برای بسیاری از موجودات دریایی که در این صخره‌ها زندگی می‌کنند، فاجعه باشد. این امر باعث شده است که محققان به فکر راه حل‌های مختلفی باشند و یکی از امیدوارکننده‌ترین آنها، چاپ سه بعدی صخره‌های جایگزین است.

 

در حالی که مرجان‌های چاپ سه بعدی نمی‌توانند مرجان‌های زنده را بازگردانند، اما می‌توانند به تجدید قوای برخی از اکوسیستم‌هایی که از صخره‌ها استفاده می‌کنند، کمک کنند. اما مصرف اصلی آن می‌تواند در رشد سوخت‌های زیستی دریایی باشد.

 

مرجان‌ها بخش اصلی تعدادی از اکوسیستم‌های دریایی گرمسیری را تشکیل می‌دهند. بدون حضور آنها زنجیره‌های غذایی در این اکوسیستم‌ها مختل می‌شوند. به عنوان مثال، انواع خاصی از میکرو جلبک‌ها در همزیستی با مرجان‌ها زندگی می‌کنند. مرجان‌ها سطحی را برای رشد میکرو جلبک‌ها فراهم می‌کنند و در عوض، جلبک‌ها برای مرجان‌ها مواد غذایی تولید می‌کنند.

 

این میکرو جلبک‌ها همچنین به عنوان یک سوخت زیستی غنی از انرژی به شمار می‌روند.

 

این موضوع برای دکتر "دنیل وانگپراسورت" از دانشگاه کمبریج الهام بخش شد تا یک ساختار مرجانی مصنوعی برای رشد جلبک‌ها ایجاد کند، بنابراین می‌توان از آن برای برداشت سوخت‌های زیستی استفاده کرد.

 

وی گفت: مرجان‌ها در جمع آوری و استفاده از نور بسیار کارآمد هستند. در آزمایشگاه ما به دنبال روش‌هایی برای تقلید از این استراتژی‌های طبیعت و به کار بردن آنها در برنامه‌های تجاری هستیم.

 

وی افزود: ما یک بافت و اسکلت مرجانی مصنوعی را با ترکیبی از ژل‌های پلیمری و هیدروژل‌های ترکیب شده با نانومواد سلولزی برای تقلید از خواص نوری مرجان‌های زنده ایجاد کردیم. سلولز یک بیوپلیمر فراوان است؛ در پراکندگی نور بسیار عالی است و ما از آن برای بهینه سازی تحویل نور به جلبک‌های فتوسنتزی استفاده کردیم.

 

محققان سعی در به حداکثر رساندن پتانسیل رشد میکرو جلبک‌ها به نام "Marinichlorella kaistiae" دارند. این جلبک خاص، اسیدهای چرب تولید می‌کند که فوق العاده غنی از انرژی هستند. جلبک‌ها در مرجان‌های "Pocilloporidae" رشد می‌کنند، بنابراین محققان برای تهیه نقشه‌های چاپ سه بعدی، این مرجان‌ها را اسکن کرد.

 

به عبارت دقیق‌تر، شکل فنجانی مرجان جمع می‌شود و نور را در مناطقی که جلبک‌ها رشد می‌کنند، متمرکز می‌کند. مرجان به ویژه در متمرکز کردن طول موج‌های آبی و نارنجی نور که جلبک‌ها برای فتوسنتز نیاز دارند، کارآمد است.

 

"وانگپراسورت" گفت: با کپی کردن زیستگاه میزبان، ما می‌توانیم از مرجان‌های چاپ سه بعدی شده نیز به عنوان یک سیستم مدل برای همزیستی مرجان-جلبک استفاده کنیم که برای فهم تجزیه همزیستی در هنگام کاهش صخره‌های مرجانی لازم است. ضمن اینکه کاربردهای مختلف بسیاری برای فناوری جدید ما وجود دارد.

 

وی افزود: ما اخیراً شرکتی به نام "مانتاز"(mantaz) تاسیس کرده‌ایم که از روش‌های برداشت نور با الهام از مرجان‌ها برای پرورش جلبک در محصولات زیستی در کشورهای در حال توسعه استفاده می‌کند. ما امیدواریم که تکنیک ما مقیاس پذیر باشد، بنابراین می‌تواند تأثیری واقعی بر انتشار گازهای گلخانه‌ای که عامل مرگ و میر صخره‌های مرجانی است، بگذارد.

 

محققان می‌گویند پرورش جلبک‌ها فقط برای تولید سوخت‌های زیستی خوب نیست، بلکه عمده‌ترین مصرف کننده گازهای گلخانه‌ای نیز هستند. یافتن راهی برای تولید انبوه جلبک‌ها می‌تواند یک فیلتر کربن بزرگ را برای مناطق اطراف ایجاد کند.

 

یکی از بزرگترین مشکلی که محققان با آن روبرو شده‌اند، این است که "Marinichlorella" که میکرو جلبک است، در فرآیند انتقال از میزبان طبیعی خود به مرجان‌های مصنوعی می‌میرد. با این حال، از طریق یک روش زیست‌چاپ منحصر به فرد، محققان توانستند در فرآیند تولید، جلبک‌ها را روی سطح مرجان‌های مصنوعی جدید بکارند.

 

از فواید دیگر مرجان‌های مصنوعی این است که آنها نسبت به مرجان واقعی سطح رشد بهتری را برای جلبک‌ها فراهم می‌کنند. محققان توانستند شکل مرجان مصنوعی را برای کارآمدتر شدن در جذب نور فراهم کنند و محیط غنی از فوتون برای رشد جلبک‌ها فراهم کنند.

 

ساختارهای مرجانی جدید در مقایسه با مرجان طبیعی به میکرو جلبک‌ها اجازه می‌دهند ۱۰۰ برابر سریع‌تر رشد کنند و در یک بستر متراکم‌تر نسبت به هر منطقه دیگری که کشت شده‌اند، چه در آزمایشگاه و چه در دریا رشد کنند.

 

بزرگترین مشکل محققان در حال حاضر مقیاس پذیری است. هر کسی که با روند تولید افزودنی آشنا باشد، احتمالاً می‌داند که این بهترین سیستم برای تولید انبوه نیست. با این حال در این حالت، محققان گزینه دیگری برای تولید مرجان مصنوعی ندارند. آنها امیدوار هستند که نوآوری‌های جدید در فضای تولید مواد افزودنی به آنها کمک کند تا روند تولید خود را در این زمینه سرعت بیشتری ببخشند.

 

این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.

ایسنا

لینک مقاله

نوشتن دیدگاه


تصویر امنیتی
تصویر امنیتی جدید

اخبار ویژه

اخبار

این پایگاه اطلاع رسانی به کارگروه کشاورزی ستاد توسعه زیست فناوری تعلق دارد.