Fotosintesis secara langsung atau tidak langsung menyediakan energi untuk hampir semua makhluk hidup di planet ini. Semua tanaman hijau, ganggang, dan mikroorganisme menggunakan mekanisme yang sama untuk menghasilkan glukosa dari air dan karbon dioksida di bawah pengaruh sinar matahari. Namun, efisiensi fotosintesis rendah: dalam glukosa dan produk fotosintesis lainnya, biasanya 1-2% dari energi cahaya yang disimpan.
Sebagian, fotosintesis tidak efektif karena fakta bahwa fotosintesis muncul lebih dari dua miliar tahun yang lalu, ketika tidak ada oksigen di atmosfer bumi. Karena itu, ketika memperbaiki karbon dioksida, enzim kunci (bernama RuBisCO) membuat kesalahan pada sekitar satu dari empat kasus, dan bukannya karbon dioksida, reaksi terjadi dengan oksigen. Proses ini disebut respirasi-foto dan mengurangi efisiensi fotosintesis dan produktivitas tanaman hampir setengahnya.
Ada beberapa cara untuk mengatasi fotorespirasi. Anda dapat mengeluarkan oksigen dari atmosfer dan menggantinya dengan karbon dioksida, yang dilakukan manusia dengan membakar bahan bakar fosil. Namun, proses ini (dengan kata lain) menyebabkan banyak efek samping dan tidak memberikan solusi lengkap untuk masalah fotorespirasi. Solusi lain adalah penggunaan tanaman, yang dapat menciptakan atmosfer kaya karbon di dalam sel fotosintesis dan dengan demikian meningkatkan efisiensinya. Ini terutama jagung dan tebu. Namun, metode ini tidak dapat diperluas ke tanaman lain.
Terakhir, Anda dapat mencoba modifikasi genetik tanaman pada tahap fotosintesis yang paling penting. Secara teoritis, tanaman dapat dibuat untuk menghasilkan versi yang lebih baik dari RuBisCO yang tidak akan bereaksi dengan oksigen. Itu mungkin, tetapi kami belum memahami apa versi perbaikan ini seharusnya: pemahaman kami tentang kerja enzim masih belum cukup untuk merancang versi mereka yang ditingkatkan. Sekarang banyak pekerjaan yang dilakukan menggunakan AI untuk menyelesaikan
masalah ini, tetapi tidak jelas berapa lama waktu yang dibutuhkan.
Salah satu penulis artikel membekukan tanaman percobaan dengan nitrogen cair untuk analisis kimia.Tapi ada cara lain. Dalam sebuah
publikasi baru-baru ini
oleh sekelompok ilmuwan dari University of Illinois, mereka menunjukkan bagaimana mengurangi biaya energi dengan menghilangkan efek fotorespirasi dengan memperkenalkan gen baru dari bakteri fotosintesis mereka ke dalam tanaman. Pada saat yang sama, jalur biokimia utama dalam tanaman ini berubah. Sejauh ini, peningkatan efisiensi sekitar 13% telah diperoleh, tetapi ini baru permulaan. Pendekatan ini dapat bekerja pada tanaman apa saja dan mengarah ke revolusi baru di bidang pertanian.