科學家發展出比植物吸收二氧化碳更快好幾十倍的 「 新光合作用 」!

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傳統觀念上,要解決目前二氧化碳濃度極高的危險狀況,首先必須找出確保我們減少排放二氧化碳到大氣中的方法。

植物是減少人類排放的碳的幫手,它們能藉由光合作用將碳轉化為自己的能量,吸收百分之二十五的人類碳排放量。唯一的問題是,自然系統處理的速度太慢了,非常沒有效率。但,如果我們能加速它呢?

這就是德國研究人員的新研究背後的想法。他們發展出一個合成系統,可以將二氧化碳合成為有機化合物,也就是固碳作用(carbon fixation),比起自然系統,這個方法的效能戲劇化地快速、並高效利用能源。

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當植物藉由卡爾文循環( 卡式循環,Calvin cycle ),也就是光合作用的第二階段,一種叫 1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶 (  RuBisCO  )的酶幫助催化二氧化碳轉化為葡萄糖,也就是植物的能量來源。德國馬克斯普朗克協會陸生微生物研究所(  Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology )的首席研究員 Tobias Erb  表示,他們認為,1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶 (  RuBisCO  )本身的作用速度並不快,拖慢整個進程,也就是這個自然系統的不利點。

首席研究員 Tobias Erb:「  1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶 (  RuBisCO  )作用速度很慢。」 他這樣告訴  Popular Mechanics 的記者 William Herkewitz,並附註這種酶也很容易出錯。

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首席研究員 Tobias Erb 解釋:「 這種酶常有閃失,每五次嘗試, 1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶 (  RuBisCO  )就會搞混二氧化碳和氧一次。」而這將進一步拖慢二氧化碳的吸收。

首席研究員 Tobias Erb 進一步說道:「 有些酶可以在人體以及腸道菌群中發現,其他則來自植物以及生活在海洋、植物表面的微生物。」

從這龐大的目錄中,研究人員最後從九種不同的生物識別出十七種不同的酶,並且將他們編進一個改造自卡爾文循環的,一個有十一個步驟的新系統。這個系統有優越的成果。這些屬於內緣性大麻素系統( ECRs  )的酶,可以為新的有機性碳捕捉系統鋪路。這些酶能提供比窗台上的灌木更大的效率潛能。

首席研究員 Tobias Erb 在一個新聞稿中表示:「 內緣性大麻素系統( ECRs  )催化有固碳能力的酶,使得它們的效率達到自然界中最常見的固碳酶, 在光合作用中擔任重要吸附角色的,1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶 (  RuBisCO  ) 的近二十倍。」

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這個研究目前只有在試管中實驗過,說這個新系統可以在真實世界中以多快的速度捕捉大氣中的碳,還言之過早。首席研究員 Tobias Erb 估計,這個新系統有比植物快兩到三倍的效能潛力。但是,必須承認在更進一步的研究實行前,這一切只是估計。

首席研究員 Tobias Erb 在接受  ResearchGate 的 Maarten Rikken 的採訪時說:「 到目前為止,我們人造的固碳循環已是一個經過原理驗證( proof-of-principle )的,具可行性的原理。將這個 ” 新的代謝心臟 “ 移植到活的生物,例如藻類或植物中,是另一個巨大的挑戰。」  但是如果科學家可以找出將這個固碳合成循環融合進活的植物或其他固碳生物中的方法,或許未來這將是把吸熱分子從大氣中移除的利器,並且沒有副作用。

並沒有參與這個研究,來自 伊利諾大學香檳校區 ( University of Illinois at Urbana-Champaign  )的植物生物學家 Lisa Ainsworth,向 The Christian Science Monitor 的 Eva Botkin-Kowacki 說:「 這是一個系統生物學上令人興奮的成果,示範了新的固碳途徑理論確實能被實現。  雖然這個新途徑或其他新途徑是否能融合進植物是一個開放問題( open question  ),但這個研究無疑增加了更多可能性。」

你可以從下面這個影片瞭解更多關於這個研究的資訊:

來源:sciencealert