راهكار جديد مهندسي ژنتيك براي حل بحران انرژي ... 
استخراج برق از دل گياهان
جام جم آنلاين: محققان به لطف دانش مهندسي ژنتيك موفق شده‌اند با تزريق ويروسهايي به گياهان توتون از آنها به عنوان كارخانه‌اي براي توليد و پرورش سلول‌هاي خورشيدي استفاده كنند و از اين راه زمينه راه‌اندازي خط جديدي به منظور توليد انرژي‌هاي پاك را از دل طبيعت سبز فراهم نمي‌آورند.
براساس طرح تحقيقاتي جديدي كه به همت دانشمندان دانشگاه بركلي كاليفرنيا صورت گرفته، محققان دريافته‌اند سلول‌هاي خورشيدي مصنوعي را مي‌توان از اين پس در دل گياهان توتون و همچنين ميكروارگانيسم‌هايي از جمله باكتري ايي.كولي پرورش داد.
براساس يافته‌هاي دانشمندان، وقتي گياهان توتون زراعي تحت تزريق ويروسهايي قرار مي‌گيرند كه از طريق مهندسي ژنتيك تغيير و اصلاح يافته‌اند، مجبور به ايجاد عامل‌هاي رنگي مولكولي موسوم به كروموفورها مي‌شوند. دانشمندان معتقدند اين متد نوين در نوع خود مي‌تواند راه ارزان و صد البته سازگار با محيط زيستي را براي توليد انرژي الكتريسيته پيشنهاد كند.
اين شيوه جديد پرورش دادن گياهان زراعي با هدف بيرون كشيدن و استخراج انرژي در حالي مطرح مي‌شود كه مكانيسم فرآيندآوري و بهره‌كشي از گياهان در حكم به كار انداختن و بهره‌برداري از يك سامانه كارآمد از قبل موجود به شمار مي‌رود كه طي ميليون‌ها سال سير تحول و تكامل تدريجي روز به روز پيشرفته‌تر و موثرتر شده است.
به اعتقاد دانشمندان، ارزش يافته‌هاي جديد در نقش مهمي است كه از اين پس گياهان زراعي از جمله توتون مي‌توانند در چرخه توليد و مصرف سوخت و نيازهاي آينده انسان ايفا كنند، چرا كه گياهان توتون مي‌توانند نظير فرآيند از شير گرفتن كودك به نوبه خود در گرفتن سوخت‌هاي فسيلي از دهان دنيا و به عبارتي، خلاص كردن جهان از اين رنج كهنه نقش شايسته‌اي ايفا كنند.
اما براساس نتايج اين طرح تحقيقاتي كه شرح آن در شماره اخير مجله پژوهش‌هاي نانويي اقدامات آكادمي ملي علوم منتشر شده است، مت فرانسيس و گروه محققان دانشگاه كاليفرنيا موفق شده‌اند با استفاده از باكتري‌هايي كه مهندسي ژنتيك شده‌اند نوعي بلوك‌هاي ساختماني را براي توليد سلول‌هاي فتوولتائيك و فتوشيميايي ارائه كنند. به اعتقاد دانشمندان، اين تكنيك جديد مي‌تواند در مقايسه با متدهاي رايج و سنتي ساخت سلول‌هاي خورشيدي به مراتب سازگارتر با محيط زيست باشد و همچنين به خط توليد سلول‌هاي خورشيدي ارزان، موقت و تجزيه‌پذير از نظر زيستي بينجامد.
در اين ميان، آنچه توجه دانشمندان را در مسير اين پژوهش به خود جلب كرده مكانيسم مشابهي است كه براساس آن و طي ميليون‌ها سال، سير تكامل و تحول تدريجي توانسته براي به چنگ آوردن انرژي خورشيدي در گياه اعمال كند و در واقع فواصل مشخص و دقيقي را ميان اين هسته‌ها يا گروه‌هاي رنگي مولكولي برقرار كرده تا از اين راه براي آنها امكان جمع‌آوري و استفاده از نور حاصل از خورشيد را با قابليت بازده و كارآمدي بي‌همتايي فراهم كند.
به گفته محققان، هدف آنها تلاش براي تقليد از همين سامانه‌هاي گياهي است كه با اين دقت و ظرافت عالي در ساختار گياه تنظيم و ميزان شده‌اند؛ اما آنچه در مسير اين شبيه‌سازي مورد استفاده محققان قرار گرفته يكي از ويروس‌هاي معمول و شناخته شده توتون موسوم به ويروس موزائيك توتون است.
البته سلول‌هاي خورشيدي مصنوعي را نمي‌توان به خودي خود روي گياهان توتون پرورش داد. براي اين منظور آنها را براي رشد يافتن روي گياه بايد برنامه‌ريزي كرد. در واقع عملي كردن اين مكانيسم در حالي است كه برنامه‌نويسي مجدد هر سلول از يك گياه توتون بالغ و رسيده، خود مستلزم به‌عهده گرفتن مسووليت سنگين و فشرده‌اي براي دانشمندان انساني محسوب مي‌شود. با اين اوصاف براي ويروس موزائيك توتون، برنامه نويسي مجدد سلول‌هاي بالغ توتون جهت توليد ساختارهاي ظريفي كه اين گياه به‌طور طبيعي قادر به انجام آن نيست، همان چيزي است كه اين ويروس را بهترين گزينه براي چنين منظوري هدف‌گذاري كرده است.
از اين رو، دانشمندان مبادرت به تنظيم برنامه شماري از ژن‌هاي اين ويروس كردند و با افشاندن ماحصل كار روي محصولي از گياهان توتون به انتظار نتيجه عملكرد خود نشستند.
تربيت گياهان براي توليد برق خورشيدي در بيان شرح عملكرد محققان بايد گفت يك سلول آلوده شده معمولا نسخه‌هاي جديدي از ويروسي كه آن را آلوده كرده، ايجاد مي‌كند و در اين ميان، ويروس مزبور گياه را مجبور به توليد عامل‌هاي مولكولي رنگي مي‌كند كه در واقع ساختارهايي براي تبديل نور به الكترون‌هايي با توان بالا به شمار مي‌روند.
در اين ميان، عامل‌هاي مولكولي رنگي منفرد مثل يك پلكان حلقوي با مارپيچ به هم فشرده به نوبت به همديگر اضافه مي‌شوند تا زماني كه ميله‌اي متشكل از چندصد نانومتر درازا ايجاد شود.
به اين ترتيب، هر گروه مولكولي رنگي 2 تا 3 نانومتر از نزديك‌ترين نمونه مجاور خود فاصله دارد كه فاصله‌اي مهم محسوب مي‌شود، به نحوي كه حتي يك اتم نزديك‌تر به يكديگر باعث مي‌شود يك جريان الكتريكي دچار سكته و ايست شود. در مقابل هر چه فاصله بيشتر شود، برداشت الكترون‌ها با دشواري مواجه خواهد شد.
دشواري و اهميت چنين وضعيت خاصي براي برقراري جريان و استحصال انرژي در حالي است كه آنجلا بلچر، محقق انستيتو فناوري ماساچوست (ام.آي.تي) كه سابقه استفاده از ويروس‌ها براي ساخت باتري و ساير ساختارها را در كارنامه خود دارد معتقد است اين مكانيسم و تنظيمات آن براي منظوري همانند از نو خلق كردن فرآيند فتوسنتز واقعا امري بسيار مشكل قلمداد مي‌شود؛ چون كه دقت و درستي هر ساختار بسيار حائز اهميت است و در حقيقت برچيدن يك مولكول و قرار دادن آن در جايي كه شما در نظر داريد كاري به مراتب سخت خواهد بود.
به اعتقاد وي، اهميت و ارزش كار محققان طرح پرورش سلول‌هاي خورشيدي در توتون آنجاست كه از يك نظام كارآمد از قبل موجود در دل طبيعت كه خود نتيجه ميليون‌ها سال ساخت و پرداخت تكامل تدريجي است قصد بهره‌برداري براي توليد ساختارهايي را دارد كه قرار است مورد استفاده انسان‌ها واقع شود.
اما آنچه نبايد از نظر دور داشت اين است كه با به دام انداختن ريز ساختارهاي بسيار ظريف درون گياه نمي‌توان به توليد برق يا تركيبات شيميايي رسيد؛ بنابر اين دانشمندان براي نيل به عامل‌هاي رنگي مولكولي ناگزير از برداشت گياهان توتون، ريزكردن آنها و سپس استخراج و عصاره‌گيري اين ساختارها هستند. به اين ترتيب، ساختارهاي حل شده در يك محلول مايع، بر روي بستري شيشه‌اي يا پلاستيكي افشانده مي‌شود كه خود با مولكول‌هايي كه باعث محكم نگهداشتن و حفظ ميله‌هاي مولكولي به پلاستيك مي‌شوند اندود شده است.
به اعتقاد محققان، استفاده از ارگانيسم‌هاي زنده براي ايجاد سلول‌هاي خورشيدي مصنوعي در مقايسه با صفحات خورشيدي كه به‌طور معمول و سنتي توليد مي‌شوند از مزاياي متعددي برخوردار است. از جمله اين موارد مي‌توان به مزيت زيست محيطي آن اشاره كرد كه برخلاف سلول‌هاي خورشيدي رايج براي ساخت سلول‌هاي خورشيدي كه تحت روندي زيستي توليد مي‌شوند، نيازي به مواد شيميايي كه از نظر زيست محيطي سمي هستند، وجود ندارد. از طرفي، اجراي طرح پرورش سلول‌هاي خورشيدي در گياهان توتون مي‌تواند براي زارعين كار برداشت محصول سالانه‌اي از سلول‌هاي خورشيدي را در پي داشته باشد.
البته هر چند سلول‌هاي خورشيدي زيست محور به طور ميانگين و از لحاظ زماني به دوام سلول‌هاي خورشيدي سيليكوني نمي‌رسند، اما در عين حال مي‌توانند به عنوان يك منبع توان برقي ارزان، قابل حمل و نقل، موقتي و تجزيه‌پذير از نظر زيستي عمل كنند. علاوه بر اين، به عنوان يك راه‌حل مي‌توان آنها را روي بسترهايي پلاستيكي يا شيشه‌اي به منظور استحصال انرژي افشاند.
به باور دانشمندان، گياهان به خودي خود واجد نظام‌هاي كارآمد از پيش تشكيل شده براي تبديل نور خورشيد به قند و ديگر اشكال انرژي شيميايي محسوب مي‌شوند. اما موضوع جالب توجه در اين ميان، اقدام دانشمندان دانشگاه بركلي كاليفرنياست كه در نهايت توانسته‌اند مثل گياهان از الكترون‌ها براي توليد انرژي الكتريكي استفاده كنند، اما به جاي توليد قند، آنها هيدروكربن‌هايي ارائه مي‌كنند كه مي‌توانند به عنوان منبع قدرت، موجب راه‌اندازي خودروها و هواپيماها شوند.
ر واقع، يك سلول فتوشيميايي همان چيزي است كه براي اين فناوري نوين استفاده مي‌شود و يك سلول فتوولتائيك كه نور خورشيد را به برق تبديل مي‌كند، امكان ديگري است كه در اينجا مطرح مي‌شود.
با اين اوصاف، دانشمندان بر اين باورند كه با ارائه فناوري‌هاي نوين زيست محوري از اين دست، جاي اميدواري وجود دارد كه سلول‌هاي خورشيدي طبيعي بتوانند در آينده نزديك در هر وسيله مصرفي كه تا به حال از سلول‌هاي خورشيدي مصنوعي استفاده مي‌كرده، جايگزين شوند و زمينه ورود سلول‌هايي كه واقعا قادر به تبديل نور به انرژي الكتريكي يا شيميايي باشند بزودي فراهم شود و به اين ترتيب بار گران ديگري از دوش دنيا و مشكل سوخت‌هاي فسيلي آن برداشته شود.
استخراج برق از دل گياهان
جام جم آنلاين: محققان به لطف دانش مهندسي ژنتيك موفق شده‌اند با تزريق ويروسهايي به گياهان توتون از آنها به عنوان كارخانه‌اي براي توليد و پرورش سلول‌هاي خورشيدي استفاده كنند و از اين راه زمينه راه‌اندازي خط جديدي به منظور توليد انرژي‌هاي پاك را از دل طبيعت سبز فراهم نمي‌آورند.
براساس طرح تحقيقاتي جديدي كه به همت دانشمندان دانشگاه بركلي كاليفرنيا صورت گرفته، محققان دريافته‌اند سلول‌هاي خورشيدي مصنوعي را مي‌توان از اين پس در دل گياهان توتون و همچنين ميكروارگانيسم‌هايي از جمله باكتري ايي.كولي پرورش داد.
براساس يافته‌هاي دانشمندان، وقتي گياهان توتون زراعي تحت تزريق ويروسهايي قرار مي‌گيرند كه از طريق مهندسي ژنتيك تغيير و اصلاح يافته‌اند، مجبور به ايجاد عامل‌هاي رنگي مولكولي موسوم به كروموفورها مي‌شوند. دانشمندان معتقدند اين متد نوين در نوع خود مي‌تواند راه ارزان و صد البته سازگار با محيط زيستي را براي توليد انرژي الكتريسيته پيشنهاد كند.
اين شيوه جديد پرورش دادن گياهان زراعي با هدف بيرون كشيدن و استخراج انرژي در حالي مطرح مي‌شود كه مكانيسم فرآيندآوري و بهره‌كشي از گياهان در حكم به كار انداختن و بهره‌برداري از يك سامانه كارآمد از قبل موجود به شمار مي‌رود كه طي ميليون‌ها سال سير تحول و تكامل تدريجي روز به روز پيشرفته‌تر و موثرتر شده است.
خط توليد برق از مزارع توتون راه‌اندازي مي‌شود
به اعتقاد دانشمندان، ارزش يافته‌هاي جديد در نقش مهمي است كه از اين پس گياهان زراعي از جمله توتون مي‌توانند در چرخه توليد و مصرف سوخت و نيازهاي آينده انسان ايفا كنند، چرا كه گياهان توتون مي‌توانند نظير فرآيند از شير گرفتن كودك به نوبه خود در گرفتن سوخت‌هاي فسيلي از دهان دنيا و به عبارتي، خلاص كردن جهان از اين رنج كهنه نقش شايسته‌اي ايفا كنند.
اما براساس نتايج اين طرح تحقيقاتي كه شرح آن در شماره اخير مجله پژوهش‌هاي نانويي اقدامات آكادمي ملي علوم منتشر شده است، مت فرانسيس و گروه محققان دانشگاه كاليفرنيا موفق شده‌اند با استفاده از باكتري‌هايي كه مهندسي ژنتيك شده‌اند نوعي بلوك‌هاي ساختماني را براي توليد سلول‌هاي فتوولتائيك و فتوشيميايي ارائه كنند. به اعتقاد دانشمندان، اين تكنيك جديد مي‌تواند در مقايسه با متدهاي رايج و سنتي ساخت سلول‌هاي خورشيدي به مراتب سازگارتر با محيط زيست باشد و همچنين به خط توليد سلول‌هاي خورشيدي ارزان، موقت و تجزيه‌پذير از نظر زيستي بينجامد.
در اين ميان، آنچه توجه دانشمندان را در مسير اين پژوهش به خود جلب كرده مكانيسم مشابهي است كه براساس آن و طي ميليون‌ها سال، سير تكامل و تحول تدريجي توانسته براي به چنگ آوردن انرژي خورشيدي در گياه اعمال كند و در واقع فواصل مشخص و دقيقي را ميان اين هسته‌ها يا گروه‌هاي رنگي مولكولي برقرار كرده تا از اين راه براي آنها امكان جمع‌آوري و استفاده از نور حاصل از خورشيد را با قابليت بازده و كارآمدي بي‌همتايي فراهم كند.
به گفته محققان، هدف آنها تلاش براي تقليد از همين سامانه‌هاي گياهي است كه با اين دقت و ظرافت عالي در ساختار گياه تنظيم و ميزان شده‌اند؛ اما آنچه در مسير اين شبيه‌سازي مورد استفاده محققان قرار گرفته يكي از ويروس‌هاي معمول و شناخته شده توتون موسوم به ويروس موزائيك توتون است.
نكته: پرورش دادن گياهان زراعي با هدف بيرون كشيدن و استخراج انرژي مي‌تواند راه ارزان و صد البته سازگار با محيط زيستي را براي توليد انرژي الكتريسيته پيشنهاد كند
البته سلول‌هاي خورشيدي مصنوعي را نمي‌توان به خودي خود روي گياهان توتون پرورش داد. براي اين منظور آنها را براي رشد يافتن روي گياه بايد برنامه‌ريزي كرد. در واقع عملي كردن اين مكانيسم در حالي است كه برنامه‌نويسي مجدد هر سلول از يك گياه توتون بالغ و رسيده، خود مستلزم به‌عهده گرفتن مسووليت سنگين و فشرده‌اي براي دانشمندان انساني محسوب مي‌شود. با اين اوصاف براي ويروس موزائيك توتون، برنامه نويسي مجدد سلول‌هاي بالغ توتون جهت توليد ساختارهاي ظريفي كه اين گياه به‌طور طبيعي قادر به انجام آن نيست، همان چيزي است كه اين ويروس را بهترين گزينه براي چنين منظوري هدف‌گذاري كرده است.
از اين رو، دانشمندان مبادرت به تنظيم برنامه شماري از ژن‌هاي اين ويروس كردند و با افشاندن ماحصل كار روي محصولي از گياهان توتون به انتظار نتيجه عملكرد خود نشستند.
تربيت گياهان براي توليد برق خورشيدي
در اين ميان، عامل‌هاي مولكولي رنگي منفرد مثل يك پلكان حلقوي با مارپيچ به هم فشرده به نوبت به همديگر اضافه مي‌شوند تا زماني كه ميله‌اي متشكل از چندصد نانومتر درازا ايجاد شود.
به اين ترتيب، هر گروه مولكولي رنگي 2 تا 3 نانومتر از نزديك‌ترين نمونه مجاور خود فاصله دارد كه فاصله‌اي مهم محسوب مي‌شود، به نحوي كه حتي يك اتم نزديك‌تر به يكديگر باعث مي‌شود يك جريان الكتريكي دچار سكته و ايست شود. در مقابل هر چه فاصله بيشتر شود، برداشت الكترون‌ها با دشواري مواجه خواهد شد.
دشواري و اهميت چنين وضعيت خاصي براي برقراري جريان و استحصال انرژي در حالي است كه آنجلا بلچر، محقق انستيتو فناوري ماساچوست (ام.آي.تي) كه سابقه استفاده از ويروس‌ها براي ساخت باتري و ساير ساختارها را در كارنامه خود دارد معتقد است اين مكانيسم و تنظيمات آن براي منظوري همانند از نو خلق كردن فرآيند فتوسنتز واقعا امري بسيار مشكل قلمداد مي‌شود؛ چون كه دقت و درستي هر ساختار بسيار حائز اهميت است و در حقيقت برچيدن يك مولكول و قرار دادن آن در جايي كه شما در نظر داريد كاري به مراتب سخت خواهد بود.
به اعتقاد وي، اهميت و ارزش كار محققان طرح پرورش سلول‌هاي خورشيدي در توتون آنجاست كه از يك نظام كارآمد از قبل موجود در دل طبيعت كه خود نتيجه ميليون‌ها سال ساخت و پرداخت تكامل تدريجي است قصد بهره‌برداري براي توليد ساختارهايي را دارد كه قرار است مورد استفاده انسان‌ها واقع شود.
اما آنچه نبايد از نظر دور داشت اين است كه با به دام انداختن ريز ساختارهاي بسيار ظريف درون گياه نمي‌توان به توليد برق يا تركيبات شيميايي رسيد؛ بنابر اين دانشمندان براي نيل به عامل‌هاي رنگي مولكولي ناگزير از برداشت گياهان توتون، ريزكردن آنها و سپس استخراج و عصاره‌گيري اين ساختارها هستند. به اين ترتيب، ساختارهاي حل شده در يك محلول مايع، بر روي بستري شيشه‌اي يا پلاستيكي افشانده مي‌شود كه خود با مولكول‌هايي كه باعث محكم نگهداشتن و حفظ ميله‌هاي مولكولي به پلاستيك مي‌شوند اندود شده است.
بهره برداري از توتون براي پرورش سلول‌هاي خورشيدي
گياهان توتون تنها ارگانيسم‌هايي به شمار نمي‌روند كه هدف آزمون گروه تحقيقاتي قرار گرفته است. محققان مزبور با جهش دادن كامل يك ويروس توانسته‌اند با موفقيت ژن‌هاي توليدكننده عامل‌هاي مولكولي رنگي را به باكتري معروف ايي.كولي اضافه و به همين ترتيب سلول‌هاي خورشيدي را از آنها برداشت كنند. به اعتقاد محققان، استفاده از ارگانيسم‌هاي زنده براي ايجاد سلول‌هاي خورشيدي مصنوعي در مقايسه با صفحات خورشيدي كه به‌طور معمول و سنتي توليد مي‌شوند از مزاياي متعددي برخوردار است. از جمله اين موارد مي‌توان به مزيت زيست محيطي آن اشاره كرد كه برخلاف سلول‌هاي خورشيدي رايج براي ساخت سلول‌هاي خورشيدي كه تحت روندي زيستي توليد مي‌شوند، نيازي به مواد شيميايي كه از نظر زيست محيطي سمي هستند، وجود ندارد. از طرفي، اجراي طرح پرورش سلول‌هاي خورشيدي در گياهان توتون مي‌تواند براي زارعين كار برداشت محصول سالانه‌اي از سلول‌هاي خورشيدي را در پي داشته باشد.
البته هر چند سلول‌هاي خورشيدي زيست محور به طور ميانگين و از لحاظ زماني به دوام سلول‌هاي خورشيدي سيليكوني نمي‌رسند، اما در عين حال مي‌توانند به عنوان يك منبع توان برقي ارزان، قابل حمل و نقل، موقتي و تجزيه‌پذير از نظر زيستي عمل كنند. علاوه بر اين، به عنوان يك راه‌حل مي‌توان آنها را روي بسترهايي پلاستيكي يا شيشه‌اي به منظور استحصال انرژي افشاند.
به باور دانشمندان، گياهان به خودي خود واجد نظام‌هاي كارآمد از پيش تشكيل شده براي تبديل نور خورشيد به قند و ديگر اشكال انرژي شيميايي محسوب مي‌شوند. اما موضوع جالب توجه در اين ميان، اقدام دانشمندان دانشگاه بركلي كاليفرنياست كه در نهايت توانسته‌اند مثل گياهان از الكترون‌ها براي توليد انرژي الكتريكي استفاده كنند، اما به جاي توليد قند، آنها هيدروكربن‌هايي ارائه مي‌كنند كه مي‌توانند به عنوان منبع قدرت، موجب راه‌اندازي خودروها و هواپيماها شوند.
ر واقع، يك سلول فتوشيميايي همان چيزي است كه براي اين فناوري نوين استفاده مي‌شود و يك سلول فتوولتائيك كه نور خورشيد را به برق تبديل مي‌كند، امكان ديگري است كه در اينجا مطرح مي‌شود.
با اين اوصاف، دانشمندان بر اين باورند كه با ارائه فناوري‌هاي نوين زيست محوري از اين دست، جاي اميدواري وجود دارد كه سلول‌هاي خورشيدي طبيعي بتوانند در آينده نزديك در هر وسيله مصرفي كه تا به حال از سلول‌هاي خورشيدي مصنوعي استفاده مي‌كرده، جايگزين شوند و زمينه ورود سلول‌هايي كه واقعا قادر به تبديل نور به انرژي الكتريكي يا شيميايي باشند بزودي فراهم شود و به اين ترتيب بار گران ديگري از دوش دنيا و مشكل سوخت‌هاي فسيلي آن برداشته شود.
