Grâce à l'"électro-agriculture", les plantes peuvent produire de la nourriture dans l'obscurité et avec 94 % de terres en moins, selon des bio-ingénieurs
La photosynthèse, la réaction chimique qui permet la quasi-totalité de la vie sur Terre, est extrêmement inefficace pour capter l'énergie - seul environ 1 % de l'énergie lumineuse absorbée par une plante est converti en énergie chimique à l'intérieur de la plante. Dans un article de perspective publié le 23 octobre dans la revue Joule de Cell Press, des bioingénieurs proposent une méthode radicalement nouvelle de production alimentaire qu'ils appellent "électro-agriculture". Cette méthode remplace essentiellement la photosynthèse par une réaction chimique alimentée par l'énergie solaire qui convertit plus efficacement le CO2 en une molécule organique que les plantes seraient génétiquement modifiées pour "manger". Les chercheurs estiment que si tous les aliments produits aux États-Unis l'étaient à l'aide de l'électro-agriculture, cela réduirait de 94 % la superficie des terres nécessaires à l'agriculture. La méthode pourrait également être utilisée pour cultiver des aliments dans l'espace.
Prototype
Feng Jiao
"Si nous n'avons plus besoin de faire pousser des plantes à la lumière du soleil, nous pourrons découpler l'agriculture de l'environnement et faire pousser des aliments dans des environnements intérieurs contrôlés", explique l'auteur correspondant et ingénieur en biologie Robert Jinkerson (@JinkersonLab) de l'Université de Californie, Riverside. "Je pense que nous devons faire passer l'agriculture à la phase suivante de la technologie, et la produire de manière contrôlée et découplée de la nature doit être la prochaine étape".
L'électro-agriculture consisterait à remplacer les champs agricoles par des bâtiments à plusieurs étages. Des panneaux solaires installés sur ou à proximité des bâtiments absorberaient le rayonnement solaire, et cette énergie alimenterait une réaction chimique entre le CO2 et l'eau pour produire de l'acétate, une molécule similaire à l'acide acétique, le principal composant du vinaigre. L'acétate serait ensuite utilisé pour nourrir les plantes cultivées en hydroponie. La méthode pourrait également être utilisée pour cultiver d'autres organismes producteurs d'aliments, puisque l'acétate est naturellement utilisé par les champignons, les levures et les algues.
"Le but de ce nouveau processus est d'essayer d'augmenter l'efficacité de la photosynthèse", explique l'auteur principal, Feng Jiao (@Jiao_Lab), électrochimiste à l'université de Washington à Saint-Louis. Louis. "À l'heure actuelle, notre efficacité est d'environ 4 %, ce qui est déjà quatre fois plus élevé que pour la photosynthèse, et comme tout est plus efficace avec cette méthode, l'empreinte de CO2 associée à la production des aliments devient beaucoup plus faible."
Pour concevoir génétiquement des plantes mangeuses d'acétate, les chercheurs tirent parti d'une voie métabolique que les plantes en germination utilisent pour décomposer les aliments stockés dans leurs graines. Cette voie est désactivée lorsque les plantes deviennent capables de photosynthèse, mais sa réactivation leur permettrait d'utiliser l'acétate comme source d'énergie et de carbone.
"Nous essayons de réactiver cette voie chez les plantes adultes et de réveiller leur capacité native à utiliser l'acétate", explique M. Jinkerson. "C'est un peu comme l'intolérance au lactose chez l'homme : les bébés peuvent digérer le lactose contenu dans le lait, mais pour de nombreuses personnes, cette voie est désactivée à l'âge adulte. C'est un peu la même chose, mais pour les plantes".
L'équipe concentre ses recherches initiales sur les tomates et les laitues, mais prévoit de passer à l'avenir à des cultures de base riches en calories telles que le manioc, les patates douces et les cultures céréalières. Pour l'instant, ils ont réussi à concevoir des plantes capables d'utiliser l'acétate en plus de la photosynthèse, mais leur objectif ultime est de concevoir des plantes capables de tirer toute l'énergie dont elles ont besoin de l'acétate, ce qui signifie qu'elles n'auraient pas besoin de lumière elles-mêmes.
"Pour les plantes, nous en sommes encore à la phase de recherche et de développement pour essayer de leur faire utiliser l'acétate comme source de carbone, car les plantes n'ont pas évolué pour se développer de cette manière, mais nous progressons", explique M. Jinkerson. "Les champignons, la levure et les algues peuvent toutefois être cultivés de cette manière aujourd'hui, et je pense donc que ces applications pourraient être commercialisées en premier, et que les plantes viendraient plus tard."
Les chercheurs prévoient également de continuer à affiner leur méthode de production d'acétate afin de rendre le système de fixation du carbone encore plus efficace.
"Il ne s'agit que de la première étape de cette recherche, et je pense que l'on peut espérer que son efficacité et son coût seront considérablement améliorés dans un avenir proche", déclare Jiao.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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