Do czego wykorzystać mocz, sztucznÄ… fotosyntezÄ™ i dÅ‚ugowieczność żółwi – #030

Czy przetworzony mocz zwiększy produkcję żywności, a sztuczna fotosynteza zmieni sposób uprawy roślin? Witam Was w ten gorący weekend, Arkadiusz Polak, zapraszam na kolejny odcinek podkastu Naukowo, który możecie udostępniać w social mediach, aby świeżutkie, naukowe informacje docierały do nowych słuchaczy i subskrybować na YouTube i platformach podkastowych, aby nie przegapić kolejnych odcinków. W dzisiejszym opowiem również jak kosmici nie skontaktowali się z ziemianami, nie pierwszy zresztą raz i czy żółwie są nieśmiertelne oraz co możemy uzyskać obserwując ich długowieczność. Przyjrzymy się też kolejnej konsekwencji zmian klimatycznych tym razem zaczynającej się w planktonie i docierającej po szczeblach łańcucha pokarmowego do diety człowieka. Zapraszam!

Wróćmy teraz do przyglądania się gatunkom ziemskim, które starzeją się w różnym tempie. Tempo starzenia się zwierząt jest bardzo zróżnicowane, przy czym niektóre gatunki starzeją się bardzo szybko, a inne niemal niezauważalnie powoli tak jak żółwie, wszak najstarszym znanym zwierzęciem na Ziemi jest zimnokrwisty żółw olbrzymi z Seszeli, Jonathan ma już 190 lat. Pierwsze z nowych badań, o których opowiem, sprawdziło hipotezę, według której, zwierzęta zimnokrwiste starzeją się wolniej niż ciepłokrwiste. Te pierwsze mają niższy metabolizm, nie muszą bowiem zużywać energii do utrzymywania temperatury ciała co dla zwierząt ciepłokrwistych jest mechanizmem niezbędnym do przeżycia. Międzynarodowy zespół składający się z około 100 współpracowników zebrał i przeanalizował dane z badań lokalnych populacji przeprowadzonych na całym świecie wśród 77 gatunków gadów i płazów. Kiedy wzięto pod uwagę rozmiar ciała, okazało się, że zwierzęta zimnokrwiste i ciepłokrwiste starzeją się średnio w tym samym tempie, ale te pierwsze miały znacznie bardziej zróżnicowane tempo starzenia się, niektóre starzały się znacznie szybciej, a inne znacznie wolniej niż grupa ciepłokrwistych zwierząt. Nasunęło to kolejne pytania, na które będą szukać odpowiedzi kolejne badania: co dokładnie jest przyczyną śmiertelności w obu grupach? Czy zwierzęta umierają zwykle ze starości, z naturalnych powodów biologicznych, czy też z powodów powiązanych z czynnikami środowiskowymi, takimi jak drapieżnictwo lub niedobór pożywienia. Kolejne badanie przeprowadzono wśród żółwi żyjących w ogrodach zoologicznych, chcąc znaleźć odpowiedź na pytanie czy starzenie się jest nieuniknione i powszechne dla wszystkich żywych organizmów, jak przewidują teorie ewolucji? W porównaniu z ptakami i ssakami, gady, a zwłaszcza żółwie, są dobrze znanymi przykładami wyjątkowo długowiecznych zwierząt, które wykazują niewiele oznak starzenia się, a przez to unikają rosnącego ryzyka śmierci z powodu stopniowego pogarszania się stanu zdrowia wraz z wiekiem. Obszerne badania porównawcze przeprowadzono na 52 gatunkach żółwi i żółwiowatych żyjących w ogrodach zoologicznych i akwariach w wielu krajach. Wykazały one, że wzrost masy ciała był powiązany z wydłużeniem średniej długości życia oraz że inaczej niż u ssaków, samce danego gatunku żyją na ogół dłużej. Ponadto około 75% gatunków żółwi miało powolne lub bardzo niewielkie tempo starzenia się. Porównując dane dotyczące trzech gatunków żółwi trzymanych w niewoli z opublikowanymi danymi dotyczącymi tych samych gatunków w środowisku naturalnym naukowcy stwierdzili, że populacje w niewoli mają niższe tempo starzenia się. Może to świadczyć o wpływie środowiska w jakim żyje dany gatunek na tempo starzenia się. Badanie pokazuje, że żółwie mogą ograniczać starzenie się w odpowiedzi na poprawę warunków środowiskowych w przeciwieństwie do ludzi i innych gatunków. Czy zatem żółwie są nieśmiertelne? Prawdopodobnie nie, w tych badaniach tempo starzenia się jest definiowane jako szybkość, z jaką wzrasta prawdopodobieństwo śmiertelności. Na przykład u ludzi prawdopodobieństwo śmierci w wieku 60 lat jest o wiele większe niż w wieku 20 lat. W przypadku żółwia lub żółwicy o bardzo wolnym tempie starzenia prawdopodobieństwo śmierci w wieku 60 lat może być tylko nieznacznie większe niż w wieku 20 lat. Nie oznacza to jednak, że żyją one wiecznie, pomimo wolniejszego procesu starzenia się mogą one żyć krócej niż inne gatunki. Porównania między gatunkami mogą pomóc badaczom w ustaleniu przyczyn w występowaniu różnic w długości życia, a obserwacja gatunków starzejących się bardzo powoli pozwoli dowiedzieć się czegoś nowego na temat spowalniania procesu starzenia się także u ludzi.

Przyjrzyjmy się teraz innemu procesowi tym razem zachodzącemu u roślin, ale mającemu olbrzymi wpływ na życie człowieka. Do uprawy roślin wymagane są duże połacie ziemi, aby pozyskać energię słoneczną niezbędną do zapewnienia żywności co możliwe jest dzięki procesowi fotosyntezy, podczas której energia świetlna jest przechwytywana i wykorzystywana do przekształcania wody, dwutlenku węgla i minerałów w tlen i bogate w energię związki organiczne. Proces ten jest jednak bardzo mało wydajny, ponieważ tylko około 1% energii zawartej w świetle słonecznym trafia do rośliny. Zwiększenie efektywności energetycznej produkcji żywności pozwoliłoby na wyprodukowanie większej ilości żywności przy wykorzystaniu mniejszej ilości zasobów, a to w dobie rosnącej liczby ludności i zmian klimatycznych wydaje się być palącą potrzebą. Próbą przezwyciężenia ograniczeń fotosyntezy biologicznej jest sztuczna fotosynteza, która mogłaby stanowić alternatywną drogę produkcji żywności. W nowym badaniu opisano taki proces hybrydowego nieorganicznego systemu do produkcji żywności. W dwuetapowym procesie elektrochemicznym dwutlenek węgla jest przekształcany w octan - główny składnik octu, który służy jako źródło energii. Dowiedziono, że wiele różnych roślin może wykorzystać octan i przekształcić go w główne molekularne bloki budulcowe, których organizm potrzebuje do wzrostu i rozwoju, wśród nich algi, drożdże, grzybnie i cała masa innych roślin: sałata, ryż, bob, zielony groszek, rzepak, pomidory, papryka czy tytoń. Co ważne, cały ten system można połączyć z fotowoltaiką tworząc alternatywne, bardziej energooszczędne podejście do produkcji żywności. Jak wykazały eksperymenty metoda ta zwiększa wydajność konwersji światła słonecznego w żywność, produkcja alg przy użyciu tej technologii jest około czterokrotnie bardziej efektywna energetycznie niż ich naturalna uprawa. Produkcja drożdży jest około 18 razy bardziej wydajna niż ich typowa uprawa z wykorzystaniem cukru pozyskiwanego z kukurydzy. Powszechne zastosowanie tej metody w połączeniu z łatwo dostępną energią słoneczną może pozwolić na produkcję większej ilości żywności lub paszy dla zwierząt przy zachowaniu tej samej powierzchni ziemi, co pomoże zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na żywność bez konieczności powiększania terenów rolniczych. Uprawy mogłyby być również prowadzone w miastach i na innych obszarach, które obecnie nie nadają się do uprawy, a nawet stanowić pożywienie dla kosmonautów co zauważyła NASA nagradzając ten projekt w pierwszym etapie konkursu Deep Space Food Challenge. Wykorzystanie metod sztucznej fotosyntezy do produkcji żywności może stanowić zmianę paradygmatu w sposobie żywienia ludzi, warto zatem przyglądać się i kibicować temu projektowi.

I to wszystko na dziś zapraszam Was na kolejny odcinek w środę, jeśli dzisiejszy Wam się spodobał sprawdźcie mój profil w serwisie Patronite, gdzie możecie wspierać projekt podkastu, aby mógł być kontynuowany i rozwijany. Zajrzyjcie także na naukowy serwer Discord i stronę Naukowo.net gdzie znajdziecie interesujące artykuły dotykające nauki od wielu ciekawych autorów, wszystkie linki znajdziecie w opisie odcinka. Życzę Wam miłego weekendu, do usłyszenia!