Каждый год в среднем 120 гигатонн углекислого газа (CO2) во всем мире высвобождается в результате дыхания почвы и растительности. Растения способны поглощать почти 123 гигатонны посредством фотосинтеза за тот же период. Но поскольку люди выделяют в этот цикл еще десять гигатонн углекислого газа, в основном за счет сжигания ископаемого топлива, такого как сырая нефть и природный газ, возникает семь гигатонн избыточного CO2». - наша большая проблема», - говорит Томас Дандекар, заведующий кафедрой биоинформатики в Вюрцбургском университете. Они подпитывают глобальное потепление и вызывают рост глобальной температуры с угрожающей скоростью.
В поисках решения этой проблемы Дандекар и его коллеги считают, что нашли многообещающий путь вперед: они изучают растения, которые способны более эффективно поглощать остаточный углекислый газ благодаря модифицированному метаболизму. Ученые опубликовали свои выводы в текущем выпуске журнала Trends in Biotechnology.
Рассчитаны модулированные метаболические сети
Исследователи в области биоинформатики обычно работают с математическими компьютерными моделями. В течение последних месяцев Томас Дандекар и его команда изучали, можно ли модулировать метаболические сети растений, чтобы они могли фиксировать больше углекислого газа. Для этого ученые объединили два разных метода модуляции метаболизма растительной клетки. Проведя сложные расчеты, они выяснили, что такое сочетание позволяет растениям поглощать в пять раз больше углекислого газа, чем в обычном состоянии.
Теперь их теоретические выкладки нужно проверить на практике. Мухаммад Насим, коллега Дандекара, отвечает за проведение этих экспериментов. Родившийся в Пакистане, Насим имеет докторскую степень в области молекулярной биологии. Он работает как в Вюрцбурге, так и в Университете Зайда в Абу-Даби, столице Объединенных Арабских Эмиратов, где он уже два года является профессором. 4 января Насим вернулся в Абу-Даби. Он планирует начать практические испытания там в течение этого года. «Мы будем экспериментировать с растениями табака и кресс-салатом, также известным как Arabidopsis thaliana, которые легко модифицировать», - объясняет ученый.
Меньше углерода и больше выхода
«Если мы продолжим идти по нынешнему пути, изменение климата будет иметь катастрофические последствия», - предупреждает Дандекар. Ученый ожидает, что средняя температура может подняться на четыре градуса по сравнению с доиндустриальным уровнем. Он считает, что следующее десятилетие необходимо использовать для поиска новых способов удаления углекислого газа, который уже был выброшен в атмосферу, сокращения выбросов CO2 и разработки стратегий адаптации к последствиям изменение климата. В случае успеха исследования в Вюрцбурге убьют двух зайцев одним выстрелом: модулированные растения не только поглощают больше углекислого газа, но и дают более высокие урожаи.
По словам Томаса Дандекара, исследовательский проект, финансируемый Свободным государством Бавария, может помочь крупным компаниям компенсировать выбросы углекислого газа. Эксперт по биоинформатике имеет в виду, например, цементную промышленность, которая имеет серьезную проблему с двуокисью углерода. По оценкам, на производство цемента приходится от четырех до восьми процентов глобальных выбросов CO2. Модифицированные диатомовые водоросли могут помочь уменьшить эти высокие выбросы, как объясняет профессор: «Эти быстрорастущие водоросли можно выращивать прямо в песчаных карьерах».
Решение двух проблем человечества
Адаптация к изменяющемуся климату в настоящее время даже важнее для стран за пределами Европы, чем для Германии, как объясняет Мухаммед Насим. Последствия уже отчетливо заметны, особенно в Объединенных Арабских Эмиратах. Основываясь на модельных прогнозах, исследователи климата предупреждают, что температура в крупных городах Персидского залива может подняться до 50 или даже 60 градусов по Цельсию. Такие уровни температуры были бы невыносимы даже по арабским меркам. «Большая проблема заключается в том, что Объединенные Арабские Эмираты входят в число стран с самыми высокими выбросами углекислого газа на душу населения в мире», - говорит Мухаммед Насим. Он подчеркивает безотлагательность сокращения выбросов CO2.
Насим считает идею объединения двух методов модуляции благословением, потому что это позволит решить две проблемы человечества - при условии, что компьютерный анализ согласуется с поведением растений в поле. «Две проблемы изменения климата и продовольствия населения мира тесно связаны», - говорит ученый-биолог. Изменение климата вызывает выгорание полей, увядание растений и полную неурожайность из-за засухи в некоторых регионах. Растения с модулированными метаболическими путями могут не только фиксировать больше CO2, но и производить больше биомассы благодаря генетической модификации.
Необходимо дополнительное финансирование исследований для активных стратегий борьбы с изменением климата
Конечно, эти новые результаты исследований - не единственная стратегия по смягчению последствий изменения климата. Осветление морских облаков, включающее небольшие белые облака на небольшой высоте, которые охлаждают океан, отражая яркий солнечный свет, или экологически чистое дизельное топливо, изготовленное из углекислого газа с использованием водорода из солнечных батарей, являются двумя другими многообещающими подходами. «Какой бы путь или сочетание стратегий мы ни выбрали, его нужно тщательно изучить в течение десяти лет, прежде чем он будет реализован», - предостерегает Дандекар. Крайне важно увеличить финансирование исследований и критического изучения активных стратегий борьбы с изменением климата, учитывая отсутствие во всем мире желания реально сократить выбросы углерода. «В противном случае к 2030 году мы будем бессильны, не имея средств защитить себя от все более серьезных последствий изменения климата и увеличения выбросов углекислого газа».