科技:未來的城市可以被藻類點燃

2020-12-05 百家號

導語:自託馬斯愛迪生於1879年開發出第一個燈泡以來,我們生產燈的方式發生了驚人的變化。LED燈泡最近顯著降低了電力成本,但它們仍然使用相同的電源並繼續促進全球變暖,因為大多數電力仍來自燃燒化石燃料。

我們需要一種新的方法來產生光,而不是使用傳統的電力使用自然的能量。在美國,一些專門的研究人員多年來一直在研究生物發光藻類,但他們從未成功地將整個生物發光系統映射到藻類中。在丹麥技術大學(DTU),我們正在該領域進行丹麥的第一項研究,它表明生物發光有機體有朝一日能以藍綠色的光照亮我們的城市。

然而,在這成為現實之前,需要解決一些明顯的挑戰。我們可能需要將生物發光生物中的基因轉移到其他綠色生物中,也許是能夠更有效地發光的高等植物。

微藻照亮了黑暗,藻類遍布陸地和海洋,對我們所知的生命非常重要。許多人將藻類與海藻(大型藻類)聯繫起來,但實際上大多數藻類都是微藻類。這些藻類非常小,你只能通過顯微鏡看到它們。

其中一些,即所謂的甲藻,在夜間發出強烈的藍光。這種現象被稱為生物發光,其中生物體通過化學反應產生光。你可以在一年中的某些時候在溫暖的氣候下,從巴西到澳大利亞的赤道附近看到它。

兩個分子相遇並產生光,儘管人們已經在海洋中觀察到這種現象超過2500年,但我們仍然對所涉及的藻類以及它們如何產生光線知之甚少。

當它們被搖動時,藻類會發出藍光。例如,當捕食者通過產生電流遊泳時,或當藻類被沿海水域中的波浪擊中時。兩種分子對光產生特別重要:螢光素酶(一種酶)和螢光素(一種通過光合作用產生的分子)。

當藻類記錄幹擾時,一系列細胞化學過程開始運動,導致pH下降。這激活螢光素酶,其與螢光素結合併通過稱為氧化的過程將能量轉移至螢光素。它是從我們看作藍光的螢光素釋放能量。到目前為止,它只是在理論上而不是通過實驗顯示出來的。

生物太陽能電池和生物燈在同一生物體內,生物發光藻類需要能量才能發光,就像你的床頭燈插入電源插座接入電力一樣。然而,藻類從另一個來源獲得能量:太陽。

他們利用陽光通過光合作用產生能量,在細胞水平上進行一系列的過程。您可以將藻類想像成由太陽能電池供電的微小燈泡。它們在白天「充電」,因此它們可以在整個夜晚發出藍光。

有許多生物發光動物,真菌和細菌。所有這些都需要食物來產生照射所需的能量。藻類利用陽光和二氧化碳(CO2):兩種取之不盡,環保,二氧化碳中性的能源。

可持續發展的城市。我們使用大部分電力照亮我們的房屋,道路,停車場等。這種電力主要來自化石燃料的燃燒,這增加了大氣中的二氧化碳量並推動了全球變暖。因此,我們需要一種更可持續的光源。

微藻在鹽水中生長,但只要它們在密閉容器中生長,它們就可以起到生物燈的作用,可以用作照亮我們的城市,商店櫥窗,建築物,道路和停車場的燈泡。

生物發光藻類是生物光發展的第一個階段,但在燈中使用藻類時存在一些明顯的挑戰。藻類在照射之前需要被擾亂運動,這在燈中是有問題的。而且,由於能量限制,它們僅在相對短的時間內發光。

結語:需要更多的研究來開發生物燈。生產可以整夜照亮而不會移動的生物燈意味著我們需要全新的思路。現在,我們正在試圖精確地弄清楚哪些基因用於發光,然後將這些基因轉移到其他光合生物體,以產生可以整夜發光的生物發光植物。我們還沒有,需要多年的研究。但試想一下,跨入在未來藍色沐浴城市光由植物產生。

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