Jedním z nejúčinnějších řešení v boji proti změně klimatu může být pěstování na vašem dvorku. Stromy jsou nezbytné pro odstraňování oxidu uhličitého ze vzduchu a zároveň uvolňují kyslík. Odhady naznačují, že dospělý strom absorbuje více než 48 liber oxidu uhličitého v atmosféře za rok – ale stále existuje prostor pro zlepšení. Nyní ve studii zveřejněné dnes v časopise Vědainterdisciplinární tým chemiků, inženýrů a ekologických vědců optimalizuje způsob, jakým mohou stromy dále pomáhat vytvářet udržitelnou budoucnost.
Aby toho dosáhli, ponořují se do genetické výbavy stromů. „Nemyslím si, že široká veřejnost plně chápe nebo oceňuje dopad stromů na naši společnost a na snižování emisí uhlíku. Pochopení genetiky tohoto kritického zdroje je důležité, zejména pro výrobu vláken, která je důležitá v naší nákupní ekonomice,“ říká Daniel Sulis, postdoktorand na North Carolina State University a hlavní autor studie.
Sulis a jeho kolegové provedli první úspěšný pokus o využití genové úpravy k zefektivnění procesu výroby dřevěných vláken. Autoři upravili genetiku topolů, aby snížili množství ligninu – organické složky, která působí jako páteř, která dává stromům pevnou a dřevnatou strukturu. Snížením množství tohoto tvrdého konstrukčního materiálu, který stromy produkují, výroba papíru zabere méně času a následně způsobí menší znečištění.
[Related: A beginner’s guide to selecting, planting, and protecting a new tree]
„Lignin jsme studovali po celá desetiletí, ale kvůli složitosti těchto polymerů uvnitř dřeva je opravdu těžké je modifikovat způsoby, které jsou kompatibilní s aplikacemi zpracování pro výrobu,“ říká Jack Wang, odborný asistent na North Carolina State University’s College. přírodních zdrojů a jedním z autorů studie.
K výrobě obnovitelných papírových kapesníčků a dalších produktů musí být lignin ve dřevě řezán a rozpuštěn nebezpečnými chemikáliemi. Jedná se o energeticky náročný proces a při spalování ligninu se uvolňuje oxid uhličitý, který může přispívat k atmosférickým emisím do atmosféry.
V současné studii nápad týmu použil CRISPR – molekulární nůžky, které stříhají a modifikují specifické segmenty DNA – ke snížení hladiny ligninu a zvýšení sacharidů. Tento uhlohydrát, jako celulóza, je žádoucí, protože je to, co se rozmělňuje do papírových výrobků.
[Related: Are ‘mother trees’ real?]
Tým použil prediktivní modely strojového učení k zúžení 70 000 možných strategií úpravy genů a potenciálních cílů na méně než 350. Následné experimenty s cílem zjistit, které by produkovaly dřevo kompatibilní s výrobou vláken, vedly autory k výběru sedmi strategií, z nichž téměř všechny byly zaměřeny více než jeden gen.
Jejich cíl: Vytvořit stromy s o 35 procent méně ligninu než ty, které se nacházejí v přírodě. Chtěli také, aby jejich poměr sacharidů k ligninu byl o 200 procent vyšší než u neupravených stromů. Pomocí genové úpravy CRISPR vytvořili 174 různých linií topolů, které pěstovali ve skleníku po dobu šesti měsíců.
Analýza dřevěného složení stromu po šesti měsících odhalila méně ligninu ve stromech. Některé měly poloviční množství než běžný topol. Došlo také ke zvýšení obsahu sacharidů na lignin o 228 procent.
„Schopnost přesně kontrolovat obsah ligninu umožňuje novým procesům používat dřevěná vlákna v papíru a pokročilém inženýrském dřevě,“ říká Liangbing Hu, ředitel Centra pro materiálové inovace v Maryland Energy Innovation Institute, který publikoval výzkum nových přístupů pro inženýrskou celulózu. ve dřevě, ale nebyl zapojen do současné studie. „Například výroba buničiny s použitím upraveného dřeva se sníženým obsahem ligninu může poskytnout podstatné výhody pro zmírnění změny klimatu.“
Topolové stromy upravené tak, aby měly méně ligninu, by mohly snížit uhlíkovou stopu výroby vláken o více než 20 procent, zjistila analýza týmu. „Ukázalo se, že jde o technologii, která je nejen prospěšná pro efektivitu udržitelnosti naší ekonomiky, ale zároveň vytváří řešení pro ekologičtější výrobu tohoto materiálu,“ dodává Wang.
Poptávka po dřevěných vláknech roste, protože společnost hledá produkty šetrnější k životnímu prostředí, jako jsou obnovitelné ubrousky, papírové ručníky a textilie. Genově upravené stromy mohou také přinést více produktů: Samostatná analýza ve studii odhaduje, že stromy s méně ligninu by mohly produkovat o 40 procent udržitelnějších vláken.
Dalším krokem je aplikovat tuto strategii úpravy genů na jiné stromy z tvrdého dřeva běžně používané při výrobě papíru, jako je smrk a borovice. Vzhledem k tomu, že mechanismus, jakým dřevo produkuje lignin, je poměrně stejný u různých druhů stromů, Wang říká, že je možné tuto techniku vyzkoušet na jiných typech stromů. Dalším směrem, který tým sleduje, je sázení těchto stromů na obrovských polích a sledování toho, jak upravené stromy interagují s prostředím, měří, jak se chovají a jak se udržují.
Protože těmto stromům trvá dlouho, než dozrají pro použití při výrobě vláken, bude to kolem roku 2040, kdy jich společnost začne vidět více, říká Wang. A co víc, jak ukazují obavy z vypouštění komárů upravených geny, místní podpora by byla klíčová. Pro úspěšné a zodpovědné aplikace této technologie, říká, „musíme zajistit, aby vše, co děláme, bylo plně v souladu nejen s vládními předpisy, ale také s přijetím veřejnosti a průmyslovými zájmy.“
Čerpáme z těchto zdrojů: google.com, science.org, newatlas.com, wired.com, pixabay.com
