人工光合成を利用して植物を「完全な暗闇」で育てることに成功
人工光合成を利用して植物を「完全な暗闇」で育てることに成功 / Credit:Canva . ナゾロジー編集部
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2022.06.27 Monday

人工光合成を利用して植物を「完全な暗闇」で育てることに成功 (2/3)

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人工光合成で得た栄養素を使い植物を「完全な暗闇」で育てる

人工光合成で得た栄養素を使い植物を「完全な暗闇」で育てる
人工光合成で得た栄養素を使い植物を「完全な暗闇」で育てる / Credit:Elizabeth C. Hann et al . A hybrid inorganic–biological artificial photosynthesis system for energy-efficient food production (2022) . Nature Food

人工合成は太陽エネルギーを利用して、二酸化炭素と水から栄養源を生産する過程です。

通常の光合成ではこの過程は葉緑体にて行われますが、人工光合成では無機的な触媒によって媒介されます。

その中でも最近になって注目されているのが、太陽発電によって得られた電力を使った「二酸化炭素の電気分解」です。

電気分解と言うと電力を使った水から水素と酸素を作る過程が有名ですが、二酸化炭素を電気分解することで、一酸化炭素・ギ酸塩・メタノール・水素などを作る仕組みの実証が進んでいます。

ですが得られた生産物を植物が利用できる形にするためには、特殊な微生物や別の装置によって栄養源やエネルギーなどに変換する必要があり、利用は限られていました。

しかし新たに開発された方法では電気分解を2段階に別けることで、二酸化炭素と水から広範な生物が栄養源にできる「酢酸(お酢の酸っぱい成分)」を非常に高い効率で直接生成することに成功しました。

(※第一段階では二酸化炭素から一酸化炭素が作られ、第二段階で一酸化炭素から酢酸が作られました)

酢酸はこれまでの研究で作成された生産物(一酸化炭素・ギ酸塩・メタノール・水素)とは異なり、植物が直接栄養源として利用することが可能な物質です。

そのため研究者たちは試しに、人工光合成によって得られた酢酸を含む溶液(電気分解後の電解液)を、暗い場所に置かれた藻類クラミドモナス(コナミドリムシ)に与えてみました。

すると、酢酸1gを投与するとコナミドリムシを0.28g増やす効果があることが確認されました。

また成長の過程で、投入された酢酸の99%が消費され、酢酸がエネルギー源になるだけでなく、藻類の体を作る炭素源として利用されていることが判明します。

この結果は、光合成を人工光合成に代替しても、コナミドリムシが成長できることを示します。

さらに人工光合成によって得られた酢酸には、一般的な食用植物として知られているイネ・トマト・レタス・グリーンピース・ハラペーニョ・アブラナ・タバコ・ササゲ・シロイヌナズナだけでなく光合成を行わないキノコ類や酵母でも成長のエネルギー源および炭素源として利用できることが示されました。

(※放射線同位体を利用して酢酸の中に含まれる炭素13が植物や類の体に取り込まれていることが確認できました)

この結果は、幅広い生物において酢酸利用のメカニズムが共通しており、人工光合成の恩恵を与えられる可能性を示します。

たとえば耕作地の近くに人工光合成施設を建設すれば、大気中の二酸化炭素を捕獲して栄養素として使える酢酸を無料かつ無尽蔵に生産できます。

しかしより興味深い結果は、エネルギー効率の高さにありました。

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