我們可以用太陽能微生物養(yǎng)活世界嗎

幾千年來，微生物在我們的食物和飲料中發(fā)揮了關(guān)鍵作用——從奶酪到啤酒——但它們對(duì)我們營(yíng)養(yǎng)的影響可能很快就會(huì)變得更加重要。隨著人口持續(xù)增加以及對(duì)資源密集型動(dòng)物產(chǎn)品的需求，世界正面臨著日益嚴(yán)峻的糧食挑戰(zhàn)。如果僅靠傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)來滿足這些需求，環(huán)境成本將是巨大的。由哥廷根大學(xué)校友領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組現(xiàn)在表明，使用太陽能電池板生產(chǎn)微生物蛋白質(zhì)——不僅富含蛋白質(zhì)，還富含其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)——比種植傳統(tǒng)作物更具可持續(xù)性、效率和環(huán)境友好性。這種方法使用太陽能、土地、養(yǎng)分和空氣中的二氧化碳。他們的研究發(fā)表在 PNAS 上。

研究人員使用直接從實(shí)驗(yàn)室結(jié)果中提取的計(jì)算機(jī)模擬，對(duì)大型微生物食品生產(chǎn)設(shè)施進(jìn)行建模，這些設(shè)施使用太陽能、空氣、水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來培養(yǎng)微生物。收獲和加工富含蛋白質(zhì)的生物質(zhì)，產(chǎn)生的粉末可用作動(dòng)物的飼料，或用作人類的食物。該研究對(duì)每個(gè)步驟的能源需求進(jìn)行了分析，從一開始到最終產(chǎn)品，考慮到：發(fā)電(來自太陽能電池板)、微生物富含能量的底物的電化學(xué)生產(chǎn)、微生物培養(yǎng)、收獲，并加工富含蛋白質(zhì)的生物質(zhì)。比較了幾種類型的微生物和生長(zhǎng)策略，以確定最有效的。

研究發(fā)現(xiàn)，與最高效的植物作物——大豆相比，每生產(chǎn)一公斤蛋白質(zhì)，太陽能微生物只需要 10% 的土地面積。該研究計(jì)算出，即使在日照較少的北方氣候下，太陽能微生物食品的產(chǎn)量也可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過主要作物的產(chǎn)量，同時(shí)最大限度地減少水和肥料的使用。重要的是，這種生產(chǎn)也可能位于不適合農(nóng)業(yè)的地區(qū)，例如沙漠。

在之前的研究中，來自這些類型微生物的蛋白質(zhì)在喂養(yǎng)牲畜時(shí)顯示出有益效果，并且已經(jīng)在大規(guī)模生產(chǎn)。“我們希望微生物蛋白質(zhì)作為我們飲食的補(bǔ)充劑也是有益的，因?yàn)樗峁┝擞伤斜匦璋被嵋约熬S生素和礦物質(zhì)組成的高質(zhì)量蛋白質(zhì)來源，”第一作者 Dorian Leger 解釋說，他進(jìn)行了在哥廷根大學(xué)學(xué)習(xí)期間，與來自和以色列的同事一起在分子植物生理學(xué)的 MPI 中工作。“這項(xiàng)技術(shù)有可能支持糧食生產(chǎn)，同時(shí)防止對(duì)環(huán)境造成破壞。當(dāng)前的耕作方法導(dǎo)致全球生態(tài)系統(tǒng)受到污染和水資源枯竭。”

目前，地球上 30-40% 的土地用于農(nóng)業(yè)，但十分之一的人營(yíng)養(yǎng)不良。Leger 說：“將營(yíng)養(yǎng)豐富的微生物的培養(yǎng)與太陽能電池板等可再生能源系統(tǒng)相結(jié)合，有可能以更少的資源生產(chǎn)更多的食物。這可以釋放大量農(nóng)業(yè)用地，此外，還可以防止自然生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)一步破壞，從而為保護(hù)和可持續(xù)性做出寶貴貢獻(xiàn)，同時(shí)促進(jìn)全球糧食供應(yīng)。”

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