La fotosíntesis proporciona energía directa o indirectamente a casi todos los seres vivos del planeta. Todas las plantas verdes, algas y microorganismos utilizan el mismo mecanismo para producir glucosa a partir del agua y dióxido de carbono bajo la influencia de la luz solar. Sin embargo, la eficiencia de la fotosíntesis es baja: en la glucosa y otros productos de la fotosíntesis, generalmente se almacena el 1-2% de la energía de la luz incidente.
Parcialmente, la fotosíntesis es ineficaz debido al hecho de que la fotosíntesis apareció hace más de dos mil millones de años, cuando no había oxígeno en la atmósfera de la Tierra. Debido a esto, al fijar el dióxido de carbono, una enzima clave (llamada RuBisCO) comete un error en aproximadamente uno de cada cuatro casos, y en lugar del dióxido de carbono, la reacción ocurre con el oxígeno. Este proceso se llama foto-respiración y reduce la eficiencia de la fotosíntesis y la productividad del cultivo a casi la mitad.
Hay varias formas de superar la fotorrespiración. Puede eliminar el oxígeno de la atmósfera y reemplazarlo con dióxido de carbono, que es lo que hace la humanidad al quemar combustibles fósiles. Sin embargo, este proceso (por decirlo suavemente) conduce a muchos efectos secundarios y no proporciona una solución completa al problema de la fotorrespiración. Otra solución es el uso de plantas, que podrían crear una atmósfera rica en carbono dentro de las células fotosintéticas y así aumentar su eficiencia. Esto es principalmente maíz y caña de azúcar. Sin embargo, este método no puede extenderse a otros cultivos.
Finalmente, puede probar la modificación genética de las plantas en la etapa más importante de la fotosíntesis. Teóricamente, se puede hacer que las plantas produzcan una versión mejorada de RuBisCO que no reaccionará con el oxígeno. Es posible, pero aún no entendemos cuál debería ser esta versión mejorada: nuestra comprensión del trabajo de las enzimas aún no es suficiente para diseñar sus versiones mejoradas. Ahora se está trabajando mucho con la inteligencia artificial para resolver este
problema , pero no está completamente claro cuánto tiempo llevará.
Uno de los autores del artículo congela plantas experimentales con nitrógeno líquido para análisis químico.Pero hay otra forma. En una
publicación reciente
de un grupo de científicos de la Universidad de Illinois, demostraron cómo reducir los costos de energía para eliminar los efectos de la fotorrespiración mediante la introducción de nuevos genes de sus bacterias fotosintéticas en las plantas. Al mismo tiempo, cambian las principales vías bioquímicas en estas plantas. Hasta ahora, se ha obtenido un aumento en la eficiencia de aproximadamente el 13%, pero esto es solo el comienzo. Este enfoque puede funcionar en cualquier planta y conducir a una nueva revolución en la agricultura.