La photosynthèse fournit directement ou indirectement de l'énergie à presque tous les êtres vivants de la planète. Toutes les plantes vertes, les algues et les micro-organismes utilisent le même mécanisme pour produire du glucose à partir de l'eau et du dioxyde de carbone sous l'influence du soleil. Cependant, l'efficacité de la photosynthèse est faible: dans le glucose et les autres produits de la photosynthèse, généralement 1 à 2% de l'énergie de la lumière incidente est stockée.
En partie, la photosynthèse est inefficace en raison du fait que la photosynthèse est apparue il y a plus de deux milliards d'années, alors qu'il n'y avait pas d'oxygène dans l'atmosphère terrestre. Pour cette raison, lors de la fixation du dioxyde de carbone, une enzyme clé (nommée RuBisCO) fait une erreur dans environ un cas sur quatre, et au lieu du dioxyde de carbone, la réaction se produit avec l'oxygène. Ce processus est appelé photo-respiration et réduit de près de moitié l'efficacité de la photosynthèse et la productivité des cultures.
Il existe plusieurs façons de surmonter la photorespiration. Vous pouvez éliminer l'oxygène de l'atmosphère et le remplacer par du dioxyde de carbone, ce que fait l'humanité en brûlant des combustibles fossiles. Cependant, ce processus (pour le dire légèrement) entraîne de nombreux effets secondaires et ne fournit pas une solution complète au problème de la photorespiration. Une autre solution est l'utilisation de plantes, qui pourraient créer une atmosphère riche en carbone à l'intérieur des cellules photosynthétiques et ainsi augmenter leur efficacité. Il s'agit principalement de maïs et de canne à sucre. Cependant, cette méthode ne peut pas être étendue à d'autres cultures.
Enfin, vous pouvez essayer la modification génétique des plantes au stade le plus important de la photosynthèse. Théoriquement, les plantes peuvent être fabriquées pour produire une version améliorée de RuBisCO qui ne réagira pas avec l'oxygène. C'est possible, mais nous ne comprenons pas encore ce que devrait être cette version améliorée: notre compréhension du travail des enzymes n'est pas encore suffisante pour concevoir leurs versions améliorées. Maintenant, beaucoup de travail est en cours en utilisant l'IA pour résoudre ce
problème , mais on ne sait pas vraiment combien de temps cela prendra.
L'un des auteurs de l'article congèle des plantes expérimentales avec de l'azote liquide pour l'analyse chimique.Mais il y a une autre façon. Dans une
publication récente
d'un groupe de scientifiques de l'Université de l'Illinois, ils ont montré comment réduire les coûts énergétiques de l'élimination des effets de la photorespiration en introduisant de nouveaux gènes de leurs bactéries photosynthétiques dans les plantes. Dans le même temps, les principales voies biochimiques de ces plantes changent. Jusqu'à présent, une augmentation de l'efficacité d'environ 13% a été obtenue, mais ce n'est qu'un début. Cette approche peut fonctionner sur n'importe quelle plante et conduire à une nouvelle révolution dans l'agriculture.