إنتاج الوقود الحيوي من الطحالب

تم الآن الكشف عن الآلية الكامنة وراء تخليق الزيت داخل خلايا الطحالب من قبل فريق من الباحثين. ويدعي الباحثون أن هذا الاكتشاف يمكن أن يساهم في تطوير الوقود الحيوي

[ترجمة د.نحماني موشيه]

ونشرت نتائج الدراسة التي أجراها علماء من جامعة كوبي في اليابان، منذ فترة طويلة في المجلة العلمية Scientific Reports.

خلال القرن العشرين، تطورت صناعة المنتجات النفطية بوتيرة سريعة، وهو الاتجاه الذي أدى إلى انخفاض مصادر الوقود الأحفوري وتغير المناخ على المستوى العالمي. ومن أجل حل هذه المشاكل وتعزيز مجتمع مستدام واعي ببيئته، يجب على البشرية الاستفادة من الكتلة الحيوية المتجددة مثل النباتات والطحالب. إن كمية الكتلة الحيوية (الكتلة الإجمالية لجميع المواد العضوية) الموجودة على الأرض أكبر بعشر مرات من كمية الطاقة التي تستهلكها البشرية اليوم.

ويزرع حوالي نصف هذه الكتلة الحيوية في البيئات المائية، ويمكن استخدام الكتلة الحيوية القادمة من المحيطات، على سبيل المثال، الطحالب الدقيقة، لإنتاج النفط دون استخدام الأراضي الزراعية ومياه الشرب. يمكن زراعة الطحالب الدقيقة بمساعدة الضوء والماء وثاني أكسيد الكربون وكمية صغيرة من المعادن، ومعدل نموها سريع، أي أنه يمكن استخدامها بشكل أسرع بكثير من نمو الكتلة الحيوية على الأرض. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام الطحالب على مدار العام، وهي حقيقة يمكن أن تؤدي إلى إمدادات طاقة أكثر استقرارًا.

العديد من سلالات الطحالب قادرة على إنتاج كميات كبيرة من الزيت (الدهون)، ولكن هذه هي المرة الأولى على الإطلاق التي يتمكن فيها الباحثون من الكشف عن التغيرات الأيضية التي تحدث على المستوى الجزيئي عندما يتم إنتاج الدهون في خلايا الطحالب. وبعد تركيزها على الطحالب البحرية الدقيقة، وجدت مجموعة بحث البروفيسور هاسونوما أن سلالة Chlamydomonas sp. JSC4، وهو نوع جديد من الطحالب الخضراء الموجودة في المياه قليلة الملوحة، يتمتع بمزايا معدل النمو السريع والمحتوى العالي من الدهون. وتمكن الباحثون أيضًا من تطوير طريقة يمكنهم من خلالها الكشف عن كيفية إنتاج هذه السلالة للزيت داخل الخلايا نفسها.

وقام الباحثون بزراعة الطحالب في جو من ثاني أكسيد الكربون باعتباره المصدر الوحيد للكربون. بعد أربعة أيام من بدء الحضانة، كان أكثر من 55% من وزن الخلية عبارة عن كربوهيدرات (النشا بشكل أساسي). وعندما تمت إضافة الماء المالح إلى سائل الحضانة، لاحظ فريق البحث انخفاضًا في محتوى الكربوهيدرات وزيادة في محتوى الدهون، وبعد سبعة أيام من بداية الحضانة، تحول أكثر من 45% من وزن الخلية إلى زيت. . تتميز هذه السلالة بمعدل نمو مرتفع، كما أن معدل إنتاج الدهون في خلاياها في محلول الزراعة وصل إلى معدل أعلى بكثير من السلالات المعروفة. وفي بداية فترة الحضانة، لوحظت جزيئات النشا داخل الخلايا، إلا أن هذه الجزيئات اختفت في الماء المالح، وظهرت مكانها قطرات الزيت.

ووجد الباحثون أن مسار التخليق الحيوي لإنتاج الكربوهيدرات يتباطأ، بينما في الوقت نفسه يتسارع مسار إنتاج الدهون الثلاثية، وهو المكون الرئيسي للزيت. بمعنى آخر، أدت إضافة المحلول الملحي إلى تحويل المسار من إنتاج النشا إلى إنتاج النفط. وبالإضافة إلى ذلك، اكتشف الباحثون أن نشاط الإنزيم المسؤول عن تفكيك النشا يزداد في محلول الماء المالح. إن اكتشاف هذه الآلية الأيضية ليس مهمًا من الناحية البيولوجية فحسب، بل يمكن استخدامه أيضًا لزيادة إنتاج الوقود الحيوي من خلال تحسين طرق زراعة الطحالب. وبناءً على هذه النتائج، سيستمر الباحثون في البحث عن طرق إضافية لزيادة إنتاج الزيت المستدام بمساعدة تطوير طرق زراعة أكثر كفاءة وبمساعدة الإندوس الجيني.