Города будущего могут быть освещены водорослями

Способы производства света изменились на удивление мало с тех пор, как Томас Эдисон разработал первую лампочку в 1879 году.

Светодиодные лампы в последнее время значительно снизили затраты на электроэнергию, но они по-прежнему используют тот же источник энергии и продолжают способствовать глобальному потеплению, поскольку большая часть электроэнергии по-прежнему вырабатывается за счет сжигания ископаемого топлива.

Нам нужен новый метод производства света, который вместо использования обычного электричества использует собственную энергию природы.

В США несколько преданных своему делу исследователей уже несколько лет изучают биолюминесцентные водоросли, но им так и не удалось составить карту всей биолюминесцентной системы внутри водорослей. В Техническом университете Дании (DTU) мы проводим первое датское исследование в этой области, и оно показывает, что биолюминесцентные организмы однажды смогут осветить наши города бирюзово-голубым светом.

Однако есть ряд очевидных проблем, которые необходимо решить, прежде чем это станет реальностью. Возможно, нам придется перенести гены биолюминесцентных организмов в другие зеленые организмы, возможно, в высшие растения, которые смогут более эффективно излучать свет.

Водоросли встречаются повсюду на суше и в море и имеют огромное значение для жизни, какой мы ее знаем.

Многие люди ассоциируют водоросли с морскими водорослями (макроводорослями), но на самом деле большинство водорослей являются микроводорослями. Эти водоросли настолько малы, что увидеть их можно только в микроскоп.

Некоторые из них, так называемые динофлагелляты, излучают ночью сильный синий свет. Это явление известно как биолюминесценция, при которой живые организмы производят свет посредством химических реакций.

Вы можете увидеть это самостоятельно в определенное время года в более теплом климате, по всему экватору от Бразилии до Австралии.

Подробнее: Фосфоресценция призвана напугать

Несмотря на то, что люди наблюдали это явление в океане уже более 2500 лет, мы до сих пор на удивление мало знаем о водорослях и о том, как они производят свет.

Водоросли излучают синий свет, когда их встряхивают. Например, когда хищник плывет, создавая течение, или когда на водоросли нападают волны в прибрежных водах.

Две молекулы особенно важны для производства света: люцифераза (фермент) и люциферин (молекула, образующаяся в результате фотосинтеза).

Когда водоросли регистрируют нарушение, запускается цепочка клеточных химических процессов, вызывающих падение pH. Это активирует ферменты люциферазы, которые связываются с люциферином и передают энергию люциферину посредством процесса, известного как окисление. Это высвобождение энергии люциферина, которое мы видим как синий свет.

До сих пор это было показано только теоретически, а не экспериментально.

Биолюминесцентным водорослям нужна энергия, чтобы излучать свет, точно так же, как вашей прикроватной лампе, которая подключается к розетке для доступа к электричеству. Однако водоросли получают энергию из другого источника: Солнца.

Они используют солнечный свет для производства энергии посредством фотосинтеза для выполнения целого ряда процессов на клеточном уровне.

Вы можете представить водоросли как крошечные отдельные лампочки, работающие от солнечной батареи. Они «подзаряжаются» в течение дня, поэтому могут излучать синий свет всю ночь.

Существует ряд биолюминесцентных животных, грибов и бактерий. Всем им требуется пища для производства энергии, необходимой для освещения. Водоросли используют солнечный свет и углекислый газ (CO2): два неисчерпаемых, экологически чистых и CO2-нейтральных источника энергии.

Читать далее: Потрясающая морская звезда освещает темную Арктику

Мы используем большую часть электроэнергии для освещения наших домов, дорог, автостоянок и так далее. Это электричество в основном получается в результате сжигания ископаемого топлива, что увеличивает количество CO2 в атмосфере и способствует глобальному потеплению. Поэтому нам нужен более устойчивый источник света.

Микроводоросли растут в соленой воде, но пока они растут в закрытом контейнере, они могут функционировать как биологическая лампа, которую можно использовать в качестве лампочек для освещения наших городов, витрин, зданий, дорог и автостоянок.

Биолюминесцентные водоросли — это первый этап развития биологического света, но при использовании водорослей в лампе возникают некоторые явные проблемы. Водоросли необходимо привести в движение, прежде чем они загорятся, что проблематично для лампы. Более того, они светятся лишь в течение относительно короткого периода времени из-за ограничения энергии.