A fotossíntese fornece direta ou indiretamente energia para quase todos os seres vivos do planeta. Todas as plantas verdes, algas e microorganismos usam o mesmo mecanismo para produzir glicose a partir da água e dióxido de carbono sob a influência da luz solar. No entanto, a eficiência da fotossíntese é baixa: na glicose e em outros produtos da fotossíntese, geralmente 1-2% da energia da luz incidente é armazenada.
Parcialmente, a fotossíntese é ineficaz devido ao fato de que a fotossíntese apareceu mais de dois bilhões de anos atrás, quando não havia oxigênio na atmosfera da Terra. Por esse motivo, ao fixar dióxido de carbono, uma enzima chave (chamada RuBisCO) comete um erro em cerca de um em cada quatro casos e, em vez de dióxido de carbono, a reação ocorre com o oxigênio. Esse processo é chamado de foto-respiração e reduz a eficiência da fotossíntese e da produtividade da colheita em quase metade.
Existem várias maneiras de superar a fotorrespiração. Você pode remover o oxigênio da atmosfera e substituí-lo por dióxido de carbono, que é o que a humanidade faz queimando combustíveis fósseis. No entanto, esse processo (para dizer o mínimo) leva a muitos efeitos colaterais e não fornece uma solução completa para o problema da fotorrespiração. Outra solução é o uso de plantas, que podem criar uma atmosfera rica em carbono dentro das células fotossintéticas e, assim, aumentar sua eficiência. Isto é principalmente milho e cana-de-açúcar. No entanto, esse método não pode ser estendido a outras culturas.
Finalmente, você pode tentar a modificação genética das plantas na etapa mais importante da fotossíntese. Teoricamente, as plantas podem ser produzidas para produzir uma versão melhorada do RuBisCO que não reage com o oxigênio. É possível, mas ainda não entendemos qual deve ser essa versão aprimorada: nosso entendimento do trabalho das enzimas ainda não é suficiente para projetar suas versões aprimoradas. Agora, muito trabalho está sendo feito usando a IA para resolver esse
problema , mas ainda não está claro quanto tempo levará.
Um dos autores do artigo congela plantas experimentais com nitrogênio líquido para análise química.Mas existe outro caminho. Em uma
publicação recente
de um grupo de cientistas da Universidade de Illinois, eles demonstraram como reduzir os custos de energia para eliminar os efeitos da fotorrespiração, introduzindo novos genes de suas bactérias fotossintéticas nas plantas. Ao mesmo tempo, as principais vias bioquímicas nessas plantas mudam. Até agora, foi obtido um aumento de eficiência de cerca de 13%, mas este é apenas o começo. Essa abordagem pode funcionar em qualquer planta e levar a uma nova revolução na agricultura.