移民火星或將用上青島海洋微藻

從中科院青島生物能源與過程研究所獲悉,該所日前開發高固碳能力的工業產油微藻細胞工廠,實現了經濟又環保的海洋微藻利用新模式,其機製或可用於未來的火星大氣改造。

微藻,地球固碳的“主力軍”

人類活動排放的二氧化碳等溫室氣體,導致了全球氣候變化和海洋酸化等重大環境和社會問題。減少碳排放,是阻止全球變暖的關鍵。

在自然界中,實現碳循環的途徑,主要是通過生物體生命過程中的光合作用完成生物固碳。然而,樹木、植物只能緩慢吸收大氣中的二氧化碳,受土地面積的限制,其消納二氧化碳的總量與人類生產活動的排放量比,十分有限。而與農作物相比,微藻具有光合速率高、繁殖快、環境適應性強,可調控以及可與其他工程技術集成等優點,可獲得高效、立體、高密度的培養。據介紹,每噸微藻生物約可固定2噸二氧化碳,且微藻培養過程可對點源排放的二氧化碳進行利用。

“以微藻為代表的海洋浮游植物每年可固定全球二氧化碳固定量的40%,是當前地球固碳的’主力軍’。”青島能源所單細胞中心主任徐健研究員告訴記者,他們的主要研究就是利用工業產油微藻,將陽光和煙道氣(即煤等化石燃料燃燒時所產生的對環境有污染的氣態物質)等工業二氧化碳排放源直接轉化為柴油等先進生物燃料,保護生態環境的同時實現經濟效益。

“我們主要利用的微藻是一種名為’微擬球藻’的工業產油微藻,這種微藻可在世界各地實現室外大規模培養,和其他微藻相比優勢明顯。”單細胞中心助理研究員魏力告訴記者,微擬球藻具有生長速度快、二氧化碳耐受能力強、海水淡水均可培養、遺傳操作較完善等突出優點。

讓微藻“返祖”,吸“碳”能力提高30%

“雖然找到了合適的微藻品種,但在剛開始的實驗中,由於菸道氣中的二氧化碳濃度較高,微藻的生長狀態並不佳。”魏力介紹,由於菸道氣中的二氧化碳含量高於5%,是大氣中0.04%的碳含量的百倍以上,在這種情況下,高濃度的二氧化碳及其導致的酸性培養條件,通常會抑制工業產油微藻的生長與繁殖,從而大幅度降低了工業生物固碳產油過程的經濟性。

如果不解決微藻的二氧化碳耐受性問題,就難以進行設計和構建超級光合固碳細胞工廠。於是,單細胞中心的研究人員就此根據微藻特性提出了一個假設,找到微藻感應二氧化碳的“關鍵靶點”,對它的碳濃縮機制動“手術”,從而解決這一問題。

據了解,藻類等植物被認為是約5.1億年前出現的,那段時間的地球大氣中,二氧化碳濃度高,是當前地球大氣二氧化碳濃度的二十幾倍。 “這也就證明了,藻類在逐漸進化,適應低濃度的二氧化碳環境。我們希望通過一種方式,讓工業微藻’返祖’。”魏力說,經過反复實驗,研究團隊發現,人為的破壞或抑制微藻的碳濃縮機制可達到這一效果。

據介紹,在類似煙道氣的環境中,通過靶向敲低位於細胞質內的一個特殊的碳酸酐酶基因的工程微擬球藻株,其生物質產量能提高超過30%,而且含油量不受影響。

高固碳微藻或可用於火星大氣改造

3月21日,代謝工程領域頂級期刊《代謝工程》刊載了青島能源所單細胞中心的研究成果。通過開發高固碳能力的工業產油微藻細胞工廠,不僅對於工業煙道氣直接轉化生物柴油具有應用價值,對於人類生存空間的拓展也有重要意義。

“研究表明,這種改良性狀適應性極強,且具有相當穩定的遺傳性。”徐健表示,經過改良後,工程藻株的生長出現了一個有趣的現象,藻株的生長優勢只在煙道氣培養條件下展現,若在空氣濃度二氧化碳下,工程藻株則喪失了生長優勢。因此,研究不僅證明工業微藻的二氧化碳含量適應性可以理性調控,而且發明了一種原創的工程藻株生態控制策略。

當前,全球各國對於碳排放問題越來越重視。四年前,近200個國家達成《巴黎氣候協定》,目標是將全球氣溫較工業化前水平的增幅控制在2°C以內,以此避免極地冰層融化和海平面上升的後果。但據全球碳項目(GCP)科學家去年年底的初步預計,2018年的全球碳排放增幅預計達到2.7%,較前年1.6%的增速進一步加快。

在碳排放逆勢上揚的環境下,青島能源所研究團隊的這一新思路不僅對於工業煙道氣直接轉化生物柴油具有應用價值,對於人類生存空間的改造與拓展也有啟發。

“火星大氣中95%是二氧化碳,如果人類未來選擇移民火星,這或許能給火星大氣改造提供一種好的思路。​​”徐健說。

 

原文:http://news.cqnews.net/html/2019-03/25/content_50357159.html

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