Fremtidige byer kan blive oplyst af alger

Den måde, vi producerer lys på, har ændret sig overraskende lidt, siden Thomas Edison udviklede den første pære i 1879.

LED-pæren har for nylig reduceret elomkostningerne markant, men de bruger stadig den samme strømkilde og bidrager fortsat til den globale opvarmning, da det meste af elektriciteten stadig kommer fra afbrænding af fossile brændstoffer.

Vi har brug for en ny metode til at producere lys, der i stedet for at bruge konventionel elektricitet bruger naturens egen energi.

I USA har nogle få dedikerede forskere undersøgt bioluminescerende alger i nogle år, men de har aldrig med succes kortlagt hele det bioluminescerende system i algerne. På Danmarks Tekniske Universitet (DTU) vi udfører den første danske forskning på området, og det viser, at selvlysende organismer en dag kunne lyse vores byer op i et turkisblåt lys.

Der er dog nogle klare udfordringer at løse, før dette bliver en realitet. Vi skal muligvis overføre gener fra bioluminescerende organismer til andre grønne organismer, måske højere planter, der vil være i stand til at udsende lys mere effektivt.

Mikroalger oplyser mørket

Alger findes overalt på land og i havet, og er uhyre vigtige for livet, som vi kender det.

Mange mennesker forbinder alger med tang (makroalger), men faktisk er de fleste alger mikroalger. Disse alger er så små, at man kun kan se dem gennem et mikroskop.

Nogle af dem, såkaldte dinoflagellater, udsender et stærkt blåt lys om natten. Dette fænomen er kendt som bioluminescens, hvorved levende organismer producerer lys via kemiske reaktioner.

Du kan selv se det på bestemte tidspunkter af året i varmere klimaer, omkring ækvator fra Brasilien til Australien.

To molekyler mødes og producerer lys

Selvom folk har observeret dette fænomen i havet i mere end 2, 500 år, vi ved stadig overraskende lidt om de involverede alger, og hvordan de producerer lys.

Algerne udsender et blåt lys, når de rystes. Såsom, når et rovdyr svømmer ved at skabe en strøm, eller når algerne rammes af bølger i kystvande.

To molekyler er særligt vigtige for lysproduktion:Luciferase (et enzym) og luciferin (et molekyle produceret ved fotosyntese).

Når alger registrerer en forstyrrelse, en kæde af cellulære kemiske processer er sat i gang, hvilket får pH til at falde. Dette aktiverer luciferase-enzymer, som binder til luciferinen og overfører energi til luciferinen via en proces kendt som oxidation. Det er frigivelsen af ​​energi fra luciferin, vi ser som blåt lys.

Det er indtil videre kun blevet vist teoretisk og ikke ved forsøg.

Biologisk solcelle og levende lampe i samme organisme

De bioluminescerende alger har brug for energi for at udsende lys, ligesom din sengelampe, der sættes i en stikkontakt for at få adgang til elektricitet. Dog alger, få deres energi fra en anden kilde:Solen.

De bruger sollys til at producere energi via fotosyntese til at udføre en lang række processer på celleniveau.

Du kan forestille dig alger som små individuelle lamper, drevet af en solcelle. De 'genoplader' i løbet af dagen, så de kan udsende deres blå lys hele natten.

Der er en række bioluminescerende dyr, svampe, og bakterier. Alle af dem kræver mad til at producere energi, der er nødvendig for at belyse. Alger udnytter sollys og kuldioxid (CO2):To uudtømmelige, miljøvenligt, CO2-neutrale energikilder.

Bæredygtige byer med levende lys

Vi bruger en stor del af elektriciteten til at oplyse vores hjem, veje, parkeringspladser og så videre. Denne elektricitet kommer i vid udstrækning fra afbrænding af fossile brændstoffer, som øger mængden af ​​CO2 i atmosfæren og driver den globale opvarmning. Derfor, vi har brug for en mere bæredygtig lyskilde.

Mikroalger vokser i saltvand, men så længe de vokser i en lukket beholder, kan de fungere som en biologisk lampe, som kunne bruges som pærer til at oplyse vores byer, butiksvinduer, bygninger, veje, og parkeringspladser.

Bioluminescerende alger er det første trin i udviklingen af ​​biologisk lys, men der er nogle klare udfordringer, når man bruger alger i en lampe. Alger skal forstyrres i bevægelse, før de lyser, hvilket er problematisk i en lampe. I øvrigt, de lyser kun i en relativt kort periode på grund af energibegrænsning.

Mere forskning er nødvendig for at udvikle bio-lamper

At producere biologiske lamper, der kan lyse hele natten uden bevægelse, betyder, at vi skal tænke i helt nye baner.

Lige nu, vi forsøger at finde ud af præcist, hvilke gener der bruges til at udsende lys og derefter overføre disse gener til andre fotosyntetiske organismer for at producere en selvlysende plante, der kan udsende lys hele natten lang.

Vi er der ikke endnu, og det vil tage mange års forskning. Men forestil dig, at træde ud i en by i fremtiden badet i et blåt lys produceret af planter.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra ScienceNordic, den betroede kilde til engelsksprogede videnskabsnyheder fra de nordiske lande. Læs den originale historie her.