Научни новини: Гастрофутуризъм, торове от отпадъци и изненади от морските дълбини

Гастрофутуризъм за домашните любимци

Производството на месо във фабрики е една от технологиите, които са като извадени от научната фантастика. Вместо да бъдат отглеждани животни, се вземат няколко клетки, които впоследствие се култивират в биореактори с всички хранителни вещества, нужни за развитието им. Така производството на протеин става по-хуманно и по-щадящо за околната среда. Животновъдството е отрасъл, който консумира големи количества вода както пряко, така и косвено – за отглеждане на фуража, с който се хранят животните.

Отглеждането на самите клетки е сравнително лесно – учените имат опит с инвитро култури от десетилетия. По-трудната задача е имитацията на истинско месо, тъй като то е смес от различни видове тъкани, преплетени по специфичен начин. Изглежда, че точно това препъва стартъп компаниите, които преди няколко години попаднаха под светлините на прожекторите, след като получиха одобрение за продажба на продуктите си в Сингапур и САЩ. В средата на миналата година американската Upside Food обяви първата си продажба в рамките на сътрудничество с ресторанта Bar Crenn, който има звезда „Мишлен“. Освен че това е първата продажба на подобен тип продукт, тя отбеляза и завръщането на месото в менюто на ресторанта след петгодишна пауза.

Съвместната работа не продължи дълго и приключи в началото на тази година. С това ефективно изчезна и възможността за купуване на лабораторно отгледано месо както в САЩ, така и в Сингапур. Според разследване на WIRED вкусът на продукта е бил много добър, но производството му е изключително времеемко и скъпо. Към момента стъпката с отглеждане на многослойна тъкан в биореактор все още не е направена. Поради това компанията се е спряла на подход, който налага култивирането на слоеве клетки в отделни съдове, след което те се комбинират в продукт, наподобяващ пилешка пържола. Освен многото ръчен труд се използва и огромно количество пластмаса за еднократна употреба, а това поставя под въпрос екологичните заявки на производството. Количеството отпадна пластмаса, генерирано при отглеждането на клетките, може да бъде над десет пъти повече от полученото месо.

Предлагането на „пържола“ вместо продукт, наподобяващ мляно месо, като кренвирши и пилешки хапки, е много по-впечатляващо, което обяснява високите цели, поставени от компаниите. Но това може да се окаже проблем за тях, защото обещанията, дадени преди години, най-вероятно няма да се материализират скоро, което може да доведе до натиск от инвеститорите.

Не е ясно и какви ще бъдат нагласите към лабораторно отгледаното месо. Според проучване с участници от САЩ и Германия негативните мнения се базират основно на недоверие в технологията и на приемането ѝ за неестествена. Скептицизъм предизвиква и представянето на продукта като „високотехнологичен“. Това най-вероятно се дължи на предпочитанията на повечето потребители храната им да бъде традиционна и „като от едно време“. Донякъде изненадващо, не е установена силна връзка между положителните нагласи към такова месо и ползите от него за околната среда и по-хуманното отношение към животните. Тези резултати показват, че индустрията за синтетично месо трябва да обърне сериозно внимание на маркетинговата си стратегия, преди да започне да убеждава потребителите, че продуктите ѝ са добра алтернатива на конвенционалните.

Но ако някои потребители се мръщят на кренвирши, произведени в епруветка, други са абсолютно непретенциозни и биха ги яли с ентусиазма, с който подхождат към случайно намерени пилешки кокали и парчета дюнер.

Това отваря поле за компании като английската Meatly, която в началото на месеца получи одобрение за продажба на лабораторно отгледано месо, което да се влага в храни за домашни любимци. От компанията обявяват, че първата такава храна ще е кучешка и най-вероятно ще е достъпна за потребителите до края на годината. Произвежданите обеми в началото ще са малки и продуктите с месо от Meatly ще са по-скоро бутикови. Компанията планира да увеличи производството до индустриални количества в идните две-три години, което би трябвало да намали цената им. Рецептата за храните, подобно на много от достъпните към момента, ще бъде смес – около 5% маса от птичи клетки в комбинация с растителни протеини, зърнени продукти и др.

Част от стратегията на компанията е да заложи на оптимизация на всички етапи от процеса, така че да намали възможно най-много разходите. Например специално разработената хранителна среда, в която се отглеждат клетките, е неколкократно по-евтина от обичайно използваните. Също така с изключение на клетките, взети от кокоше яйце и дали начало на производството, в продукта не се влага нищо друго с животински произход.

Така ефективно домашните любимци могат да получат животински протеин без екологичния и морален отпечатък на животновъдството. Въпреки че в глобален мащаб това не е сериозен фактор, в развитите държави не е съвсем така – в САЩ кучетата изяждат почти 18% от животновъдното производство. С напредъка на технологията, ако компаниите успеят да увеличат количествата биомаса, която отглеждат, може този процент да спадне значително, като така домашните ни любимци ще могат да се хранят с етично добито месо.

По-слабо регулираният биотехнологичен сектор е един от малкото успехи, които могат да се припишат на Брекзит. В това отношение Европа е изключително консервативна и както проличава от дебата за генетичните редакции, който се води и в обществото, и в Европейската комисия (ЕК), има риск да изостане в това ключово поле за иновации. ЕК все още няма ясно мнение относно синтетичното месо, но темата вече се обсъжда.

На този фон в края на миналата година в Италия беше приет закон за пълна забрана на отглеждането и продажбата на синтетично месо. Това стана в разрез с европейското законодателство, според което местните закони, които могат да имат ефект върху общия пазар, трябва да минат през одобрителна процедура. Италианският министър на земеделието Франческо Лолобриджида е коментирал, че синтетичното месо застрашава хилядолетните традиции на италианската кухня и животновъдство. В типичния за партиите от десния спектър език той е определил Италия като „първата страна в света, защитена от социалната и икономическа заплаха на синтетичната храна“. Забраната получава значителна подкрепа от животновъдите – сектор, който ще бъде сериозно засегнат, ако тези продукти добият широка популярност.

Предвид настроенията на потребителите, към момента не е ясно кога и дали ще се случи това. Най-вероятно ще се намери баланс между двете мнения, но докато се стигне до този момент, предстоят дълга и разгорещена полемика и немалко технологични предизвикателства.

Торове от отпадъци

Съвременното земеделие би било невъзможно без производството на големи количества торове. В основата си то е базирано на петролната промишленост, което, въпреки че позволява да бъдат изхранени милиарди, има роля за задълбочаването на проблемите с климата. Поради тази причина създаването на нови технологии за производство на торове е поле, в което се инвестират значителни ресурси.

Нова технология може да разшири един от подходите за преизползване на органични отпадъци, които се подлагат на процес за хидротермално втечняване посредством висока температура и налягане с добавяне на вода и основни вещества. Така биомасата се превръща в субстанция, сходна на суров петрол. Изходната суровина може да бъде разнообразна – свински тор, хранителни и растителни отпадъци. Основите на технологията са поставени в началото на миналия век, но оттогава тя е доразвита и усъвършенствана.

При производството на биопетрол се получават и немалки количества замърсена вода, която обикновено се третира като отпадък и се обработва в пречиствателни станции. В нея има хранителни вещества, които не са във вид, пряко достъпен за растенията, но могат да се обработят, така че от тях да се получи тор. Скорошни разработки на Университета на Илинойс в Ърбана-Шампейн показват начини за използването на тази вода, с което се намаляват отпадъците от производството на биопетрол и се дава възможност за създаване на кръгова икономика.

Възможен метод за превръщане на хранителните вещества във водата във форма, подходяща за усвояване от растенията, е използването на микроорганизми, които да обработят сложните молекули до по-прости. Източник на такива микроорганизми би могла да е водата от аквапонните стопанства. Това производство е сходно на хидропонното, при което растенията се отглеждат в течна хранителна среда, но при него в течността се отглеждат и риби. Получената екосистема е добре позната на акваристите – отпадъците, които рибите отделят, както и неизядената храна се обработват от различни бактерии, живеещи в субстрата на аквариума под формата на биофилм. Бактериите в него, незаменима част от азотния цикъл, произвеждат съединения, които подхранват растенията.

Идеята на една от разработките е да се смеси отпадната вода от хидротермалното втечняване с вода от аквапонните системи, като се използва микрофлората в нея, за да освободи хранителните вещества. След изпитването на 32 различни съотношения екипът е установил, че в смес, съдържаща 8% от отпадните води, могат да покълнат семена на маруля – често оглеждано растение в хидропонни системи. Към момента няма показания, че сместа действа като тор в по-късните степени на развитие на растенията, но това не обезкуражава учените. Намаляването на количеството отпадни води, които трябва да преминат през пречиствателни станции, е добро постижение, тъй като помага да се намалят също разходите и енергията за обработката на водите.

Друг възможен подход е използването на гъбата пъстър траметес. С нейна помощ азотсъдържащите съединения се разграждат до прости вещества, като амоняк и нитрати. Само за няколко дни гъбата повишава значително концентрацията на амоняк и нитрати в 5% разтвор на отпадни води от хидротермално втечняване, като нитратите се покачват осем пъти. За оптимизация на реакцията към гъбата са добавени и нитрифициращи бактерии. Те имат свойството да преобразуват амоняка в нитрати, които са предпочитаният азотен източник за растенията. Вследствие на това концентрацията им в разтвора се покачва 17 пъти, което е впечатляващ резултат. От използването на гъбата има и допълнителна полза – тя отделя ензими от групата на лакказите, които имат способността да инактивират различни токсични вещества, съдържащи се в отпадните води.

Ако технологията се развие, така че да може да се използва в индустриални мащаби, това ще позволи изграждането на мощности близо до местата, където се генерират биологични отпадъци, които първо да произвеждат биопетрол с помощта на хидротермално втечняване, а след това от отпадните води от процеса и допълнителни продукти. Така ще се затвори производството и ще се намали необходимостта от транспортиране на отпадните продукти.

Изненада в дълбините

За да съществува многоклетъчен живот на планетата ни, трябва да са изпълнени няколко условия, едно от които е наличието на кислород. 

Макар да сме приели, че „белите дробове на планетата“ са тропическите гори, те не са единственият, а най-вероятно не са и основният източник на кислород в атмосферата. Счита се, че между 50 и 70% от кислорода се отделят от фотосинтезиращи организми, които живеят в Световния океан. Според приетата към момента хипотеза повишаването на концентрацията му в атмосферата се дължи на появата и разпространението на фотосинтезата преди около 1 милиард години. Въпреки че са познати и други процеси, които могат да генерират газа, като разграждане на вода, въглероден диоксид или серен диоксид под влиянието на различни източници на енергия, например електричество или UV лъчи, те обикновено протичат в доста негостоприемни условия.

Ново откритие показва, че в океаните има източник на кислород, за който не сме знаели до момента. Първите наблюдения на феномена са направени още през 2013 г., но тогава учените са решили, че става въпрос за грешка при измерването. След като резултатите продължават да се повтарят, измерванията са повторени и с друг метод. Данните недвусмислено показват, че е открит процес, който може да промени разбиранията ни за възникването на живот на нашата планета и откриването му на други.

Обследвайки полето Кларион–Клипертон, намиращо се в Тихия океан, между Мексико и Хавайските острови, изследователите виждат покачване на нивата на кислород, което не е характерно и не се наблюдава в други области на океана. Тъй като измерванията се правят на дълбочина 4–5 километра, източникът не може да е фотосинтетичен – светлината не прониква на такава дълбочина.

След обсъждане на възможните хипотези учените се спират на полиметалните конкреции, на които тази област е много богата. В тези образувания с размер, вариращ от микроскопичен до около 20 см, се съдържат най-различни метали – кобалт, никел, мед, манган. Процесът на формирането им започва с малко парченце черупка, камък или друг обект, по който започват да се наслояват разтворените в океанската вода метали. В течение на милиони години отлаганията се натрупват и размерът на конкрециите нараства.

Текущата хипотеза е, че благодарение на различните метали в конкрециите те функционират като слаба батерия. Това е потвърдено лабораторно – учените са измерили напрежение, достигащо 0,95 волта. В солената вода на океана за разделяне на водната молекула са нужни около 1,5 волта, колкото е напрежението на батериите в дистанционното за телевизора. И точно както в това устройство, най-вероятно, когато конкрециите са близо една до друга, те се свързват последователно и увеличават напрежението си. Така те работят като своеобразна „геобатерия“, която може да освободи кислорода от водната молекула. Все още не е ясно дали процесът протича като при стандартната електролиза, където освен кислорода се отделя и водород. Възможно е електричеството да действа като катализатор на друг процес, който към момента не ни е известен.

Може само да се спекулира дали този новооткрит източник на „тъмен кислород“, както го наричат авторите, е взел участие в кислородната катастрофа, дала начало на нова биологична епоха на планетата. Но е почти сигурно, че има значение за биологичното разнообразие на океанското дъно, където до момента се смяташе, че кислород постъпва само благодарение на океанските течения.

Освен за нашата планета това откритие може да ни даде информация и за далечните планети, които наблюдаваме и по които търсим форми на живот. Доскоро се считаше, че големи количества кислород в атмосферата могат да бъдат индикация за протичаща фотосинтеза. Подводното откритие дава нов механизъм, който може да повлияе на нивата на кислород в атмосферата на дадена планета, без на нея непременно да има живот, но и по начин, който не пречи на вече съществуващ. Това ще затрудни астрономите, които търсят обитаеми и обитавани планети, въпреки че наличието на кислород е само един от параметрите, с които работят.

Именно поради състава си – оптимален за батерия – полиметалните конкреции са и примамлива цел за извличане от океанското дъно. Няколко компании планират да започнат работа през 2025 г., като според тях експлоатацията на тези ресурси е по-екологична и щадяща за природата, отколкото извличането на руди от земната повърхност. Но работата на океанското дъно по-скоро само ще прикрие щетите, които се нанасят върху биосистемите.

В пилотно изследване на ефекта от извличането на подобни конкреции е установено, че образуващите се облаци от седимент имат голямо влияние върху водните обитатели. Година след приключване на събирането броят на плуващи животни в находището спада с 43%, а в зоните около него – с 56%. Най-вероятно тези места стават неподходящи за хранене и животните ги отбягват. С новото откритие, че конкрециите могат да бъдат и голям източник на кислород, щетите върху екосистемите може да се окажат пагубни и в океана да се създадат своеобразни „мъртви зони“. Това най-вероятно ще има каскаден ефект, който ще се отрази както на водните, така и на земните обитатели.

С оглед на рисковете над 800 учени и специалисти от 44 държави са подписали петиция, в която призовават да се спрат сегашните планове за извличане на материал от океанското дъно. Проблемът беше засегнат и в публицистичното предаване Last Week Tonight. Въпреки че в океаните има материали, които могат да осигурят производството на батерии в следващите десетилетия, употребата им може да се окаже изключително късогледо решение, което да допринесе допълнително за ускоряване на климатичните промени и за загубата на екосистеми и видове, които дори още не сме открили.