Ludzkość od dawna wykorzystuje do swoich potrzeb różne bakterie, drożdże i inne jednokomórkowe grzyby, choć przez wieki nie miała pojęcia o ich istnieniu. A są one przecież niezbędne do wytwarzania pieczywa, kefiru, jogurtu, serów, piwa, i wielu innych produktów spożywczych. Okazuje się, że ich pomoc może przydać się w walce z kryzysem środowiskowym i klimatycznym.
Mikroorganizmy – bakterie, sinice czy jednokomórkowe grzyby, są naszym bardzo potężnym, ale niedocenianym sojusznikiem. Mogą nam pomóc w rozwiązaniu wielu palących problemów, w tym szybko narastającego kryzysu klimatycznego i środowiskowego. Dlatego naukowcy apelują o jak najszybsze, masowe wdrożenie technologii wykorzystujących mikroorganizmy. Wszystko po to, by pomóc powstrzymać katastrofę klimatyczną.
- Czytaj także: Bakterie produkujące 10 proc. tlenu na Ziemi okazują się podatne na zanieczyszczenia plastikiem
„Niewidzialne siły, które mogą uratować świat”
Niedawno w prestiżowym czasopiśmie naukowym Nature ukazała się recenzja książki Petera Forbesa „Myślenie w małej i dużej skali: Jak powstały mikroby i jak mogą uratować nasz świat?”. Autor książki przekonuje, że to właśnie mikroby są kluczem do zapewnienia naszego przetrwania w dobie kryzysu ekologicznego.
Może wydawać się dziwne, że ktoś chce to osiągnąć dzięki mikroskopijnym, niewidocznym gołym okiem organizmom. Zwykle patrzymy bowiem na bakterie wyłącznie jako na przyczynę chorób, kojarzymy je więc z czymś szkodliwym i nie doceniamy innych ról, jakie pełnią. A przecież bez bakterii i innych mikroorganizmów po prostu by nas nie było.
Organizmy jednokomórkowe miały (i wciąż mają), ogromny wpływ na naszą planetę. To one właśnie w ogromnej mierze odpowiadają za wysoką zawartością tlenu w powietrzu. Pełnią też kluczową rolę w obiegu pierwiastków w przyrodzie, choćby w cyklu węglowym i azotowym. Od ludzi po koralowce, większość żywych organizmów korzysta z pomocy zamieszkujących je mikrobów (mikrobiomu). Kiedy to się dzieje? Np. podczas obrony przed patogenami czy po prostu w odżywianiu. Pomyślcie choćby o naszej florze jelitowej.
Świadome i nieświadome sojusze z mikrobami
Możliwości tych mikroskopijnych form życia można bardzo poszerzyć i zwiększyć korzystając z osiągnięć biologii molekularnej. Na przykład, jak informuje Nature, pewien zmodyfikowany genetycznie szczep bakterii Escherichia coli może pomóc nam wyprodukować paracetamol z odpadów plastikowych, a inny już od kilku dekad produkuje insulinę. Mikroorganizmy „naturalne”, jak i te modyfikowane genetycznie, potrafią też wiele innych zaskakujących rzeczy.
W listopadzie ubiegłego roku w Nature, ale także w kilkunastu innych czasopismach naukowych ukazał się krótki artykuł „Rozwiązania mikrobiologiczne muszą zostać wdrożone przeciwko katastrofie klimatycznej”. Ten tekst to właściwie wezwanie do działania. Autorzy apelują o to, byśmy jak najszybciej i w odpowiednio dużej skali zaczęli używać mikroorganizmów do walki ze zmianą klimatu, a szerzej z kryzysem środowiskowym.
– Opowiadamy się za zdecentralizowaną, ale globalnie skoordynowaną strategią, która omija biurokratyczne przeszkody i uwzględnia lokalne przepisy, uwarunkowania kulturowe, wiedzę oraz potrzeby społeczności” – piszą w swoim apelu.
A co konkretnie proponują? Między innymi wykorzystanie mikroorganizmów do produkcji biopaliw. To może być znacznie bardziej wydajne i sensowne – przynajmniej z punktu widzenia wpływu na klimat – niż używanie do tego celu odpadków z produkcji rolnej, a tym bardziej uprawienie roślin (np. rzepaku czy kukurydzy) specjalnie z przeznaczeniem na paliwo. „Zeroemisyjne” paliwa węglowodorowe są ważne, bo niektóre sektory (np. lotnictwo) z powodów czysto technologicznych bardzo trudno jest zdekarbonizować.
Usuwanie nadmiaru CO2 z atmosfery
Mikroorganizmy mogą wspomagać też inny proces, kluczowy dla naszej przyszłości. Chodzi o wychwytywanie z atmosfery dwutlenku węgla, jego przemianę do innych substancji, których jednak nie będziemy wykorzystywać np. jako paliwa, ale składować w trwały, bezpieczny sposób. Zarówno w glebach, jak i w morzach i oceanach.
Jak mogłoby wyglądać? Jednym z pomysłów jest wykorzystanie sinic. Jednokomórkowe sinice (cyjanobakterie) kojarzymy raczej z problemami. Ich zakwity, na przykład w Bałtyku, stanowią bardzo poważne zagrożenie dla innych organizmów żyjących w danym zbiorniku, a także dla kąpiących się ludzi.
Cyjanobakterie mają zdolność do fotosyntezy – procesu, w którym energia światła słonecznego jest wykorzystywana do syntezy związków organicznych z dwutlenku węgla. Każdego roku robią to znacznie skuteczniej i na większą skalę niż jakiekolwiek ludzkie technologie. A amerykańsko-izraelski start-up BlueGreen Water Technologies postanowił wykorzystać ten fakt.
Dziennik Haaretz podaje, że firma oferuje usługi oczyszczania zbiorników wodnych z sinic za pomocą nadtlenku wodoru (jego 3-procentowym roztworem w wodzie jest dobrze nam znana woda utleniona). Substancja ta, „dozowana z chirurgiczną precyzją” inicjuje „reakcję łańcuchową”, w wyniku której sinice giną i opadają na dno zbiornika. W sprzyjających okolicznościach przynajmniej część zawartego w sinicach pierwiastkowego węgla zostaje pogrzebana w osadach dennych. Wypadkowym wynikiem całego procesu jest zaś usunięcie pewnej ilości CO2 z atmosfery i woda wolna od sinic. Na razie – jedynie w przypadku kilku niewielkich jezior, ale przedstawiciele start-upu twierdzą, że ten proces dałoby się zastosować na znacznie większą skalę.
Mikrobiologiczne rewolucje w rolnictwie
Innym obszarem, gdzie mikroorganizmy mogłyby odegrać kluczową rolę, jest rolnictwo, które dziś globalnie odpowiada za bardzo dużą część emisji gazów cieplarnianych, w szczególności metanu (CH4) i podtlenku azotu (N2O). A szerzej – ma bardzo duży, negatywny wpływ na środowisko – choćby na jakość gleb, wylesianie i eutrofizację.
W wersji bardziej tradycyjnej jedną z propozycji jest genetyczna modyfikacja roślin w taki sposób, aby współpracowały z bakteriami wiążącymi azot z powietrza. Dzięki temu gleba staje się żyźniejsza, zużywamy mniej nawozów, a jednocześnie ograniczamy eutrofizację wód i emisję gazów cieplarnianych.
Można jednak pójść znacznie dalej. Wytwarzanie na przykład mleka czy jaj metodą tradycyjną, tj. korzystając z uprzejmości krów i kur, jest ogromnym marnotrawstwem ziemi i energii. Rośliny takie jak kukurydza czy soja, które używane są jako karma dla zwierząt, mogłyby być jedzone bezpośrednio przez ludzi. Do tego dochodzi zajmowanie ogromnych obszarów np. pod wypas bydła oraz bardzo duża emisja metanu, którego źródłem są procesy zachodzące w przewodach trawiennych krów.
Mleko i jajka z kadzi fermentacyjnej
Jednak cukry, białka i tłuszcze wchodzące w skład krowiego mleka czy kurzych jaj można wytwarzać też w bioreaktorach za pomocą odpowiednio zmodyfikowanych bakterii, bez udziału krów czy kur. „Precyzyjna fermentacja”, jak czasem nazywana jest ta technologia, mogłaby zrewolucjonizować rolnictwo. Jogurty czy inne rodzaje nabiału powstawałyby nie w długim ciągu produkcyjnym obejmującym pastwiska, obory i mleczarnie, ale w zakładach przypominających browary. Już dziś pierwsze takie produkty są dostępne na rynku niemieckim i amerykańskim
Żeby przedstawione tu idee mogły stać się rzeczywistością, trzeba jednak pokonać wiele przeszkód. Po pierwsze, wspomnianą przez sygnatariuszy apelu biurokrację. Po drugie, brak woli politycznej. Tej jednak nie będzie bez akceptacji społecznej. Tu problemem może być dość powszechny w naszych społeczeństwach lęk przed tworami biologii molekularnej, czyli organizmami modyfikowanymi genetycznie.
Przeszkód na drodze do „mikrobiologicznej rewolucji” jest więc sporo, a czasu na ich pokonanie mamy coraz mniej. Czy nam się to uda? Okaże się w przyszłości.
–
Zdjęcie tytułowe: shutterstock/Wirestock Creators
