植物可以被設計來幫助對抗氣候變化的影響

對於那些對我們迅速變暖的地球感到絕望的人來說，好訊息是：我們可以給植物增壓，幫助對抗氣候變化的影響。科學家們發現了兩種讓植物更好地將二氧化碳轉化為能源的方法——這些技術可以幫助植物創造更好的生物燃料，生產更多的糧食來拯救世界。...

對於那些對我們迅速變暖的地球感到絕望的人來說，好訊息是：我們可以給植物增壓，幫助對抗氣候變化的影響。科學家們發現了兩種讓植物更好地將二氧化碳轉化為能源的方法——這些技術可以幫助植物創造更好的生物燃料，生產更多的糧食來拯救世界。

今天發表在《科學》雜誌上的兩項研究表明，不同的方法可以加速植物創造能量的過程——即固碳，或光合作用——可能會帶來更好的未來。一個原因是，科學家們認為，碳固定的整個過程太慢，創造了一個新的、更快的迴圈。另一方面，研究人員設計了植物，以便它們能夠吸收更多的陽光。這些強化植物的生長量高達20%，這對食品供應來說是一個大問題。

植物是我們在氣候變化鬥爭中最好的盟友之一。全球變暖的發生是因為大氣中二氧化碳太多，我們透過燃燒化石燃料等活動來增加二氧化碳。因為植物吸收二氧化碳，它們吸收了空氣中多餘的二氧化碳，甚至可以為我們爭取更多的時間來應對全球變暖。但是光合作用的效率並沒有想象的那麼高，所以科學家們正在教植物如何更好地工作，讓我們自己的生活更輕鬆。除了減少碳排放，還有其他好處：更好的植物生長意味著繁榮的人口有更多的食物。

為了使碳固定發生，有機體使用被稱為酶的分子。但是主要的酶不能很快發揮作用，馬克斯·普朗克陸地微生物研究所的合成生物學家託比亞斯·埃爾布說，他是其中一篇科學論文的合著者。

他的團隊決定，他們可以設計一種方法，讓這個過程更快地發生。他們花了數年的時間找出哪種酶的組合能協同工作來完成這項工作。最終，17種酶的組合符合要求。這些酶來自九種生物（包括大腸桿菌）。大腸桿菌和人類肝臟）。其中三種酶是用計算機設計的；這就是平衡的微妙之處。當這些酶結合在一起時，它們能比目前植物和其他生物更好地將二氧化碳轉化為有機化合物。

這項工作還處於非常早期的階段，也就是說，在試管中，因為它還沒有在實際的生物體中進行測試。理論上，它應該對所有進行光合作用的生物都有效，因為它們的迴圈是相同的。但實際上，事情可能會變得棘手。埃爾布說，把這個過程想象成心臟移植。當你移植心臟時，你首先要抑制免疫系統，這樣身體才不會排斥新**。為了將這種新的途徑移植到植物中，Erb的團隊還必須修補所有其他植物的過程——比如新陳代謝——以確保一切仍然有效。”埃塞克斯大學的生物學家克裡斯汀·雷恩斯說：“這篇論文確實在突破技術界限。”你正在設計一個全新的途徑，最大的問題是它是否能在生物體中存在，但這是一個有趣的概念證明。”

植物非常複雜，因此Erb的團隊將首先關註細菌和藻類，這些細菌和藻類也會經歷固碳。”這個想法首先是創造出能夠使二氧化碳產生任何化合物的生物，比如使生物燃料更高效，或者為製藥**化學建築塊，”Erb說。

加州大學伯克利分校的生物學家Krishna Niyogi也隸屬於霍華德休斯醫學中心和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室，她說，與其完全創造一個新的光合作用過程，不如走一條捷徑，讓植物現有的能量過程更有效率。他是另一項光合作用研究的合著者。

植物需要陽光，但所需的劑量各不相同——因此，當它們探測到過多的光時，它們會熄滅一些吸收光的葉綠素，從而減少吸收光的量。但當植物這樣做時，它可能需要很長時間才能恢復到通常的光吸收水平，從而減緩它們的生長。Niyogi說，觸發這種應對機制也不需要太多。因此，他的團隊瞄準了這一“恢復”過程，希望能幫助植物利用盡可能多的陽光長大。

所有的植物都有三種特殊的蛋白質，它們可以調節在關閉葉綠素後“恢復”的速度。Niyogi的團隊在某些煙草植物中添加了更多的這種蛋白質。這樣，當太陽太多的時候，植物吸收的光仍然較少，但是很快就恢復到正常的光吸收水平。

與非工程植物相比，新的植物的增長幅度從14%到20%。聯合國已經表示，到2050年，我們將需要生產70%的糧食來養活每個人，氣候變化很可能導致糧食短缺。如果這種方法得到廣泛的應用，它可以幫助我們生產更多的食物，而不需要更多的土地。

最初的實驗是在煙草上進行的，因為這種植物很容易被改造。由於沒有人吃煙草，尼約吉的研究小組現在正在研究水稻、高粱和木薯等作物(這項研究由比爾和梅琳達·蓋茨基金會資助，因此他們將重點放在撒哈拉以南非洲地區容易獲得的植物上.“他們仍然需要探索各種不同的條件，以確保這確實是一個普遍有用的工具，“而且他們不會意外地弄亂核電站的一個備用系統，”羅伯特·布蘭肯希爾說，他是華盛頓大學聖路易斯分校的生物學家但這是一項非常優秀的研究——它設計精良，實施良好，令人興奮。”