گیاهانی که خودشان را می‌خورند

سوخت زیستی به دست آمده از گیاهان می‌تواند راه‌حل مناسبی برای کاهش نگران‌کننده منابع نفت ارزان قیمت باشد. اما تولید این گونه سوخت‌ها از محصولات خوراکی مشکلاتی را در پی خواهد داشت که در بحران جاری غذا نمود پیدا کرده‌اند. یکی از راه‌حل‌های این مشکل می‌تواند تولید سوخت از گیاهان غیرقابل خوردن یا بخش‌هایی از گیاهان باشد که مصارف خوراکی ندارند. اما در حال حاضر انجام چنین کاری مستلزم هزینه‌های بسیار و فرآیند‌های تولید چند مرحله‌ای است.
با این حال کارشناسان بر این باورند که اگر بتوان گیاهان سوختی را به گونه‌ای تحت تغییرات مهندسی ژنتیک قرار داد که بتوانند مشابه نفت خام که خودش را به شکل بنزین پالایش می‌کند، خودشان آنزیم‌های هضم‌کننده سلولز را بسازند، اوضاع به کلی متفاوت خواهد بود. در سال جاری قیمت غذا به رکورد‌های بی‌سابقه‌ای دست یافت. بر اساس ارزیابی انستیتو بین‌المللی تحقیقات سیاست غذا (IFPRI) در واشنگتن، یک‌سوم از این افزایش قیمت به خاطر افزایش تقاضا‌ها در آمریکا برای تولید اتانول از ذرت به منظور کاربرد‌های سوختی است. بنا بر اعلام IFPRI این روند باید متوقف شود. به گفته کارشناسان این انستیتو با توجه به این که پیش از این نیز تولید غذا در جهان به سختی برای سیر کردن همه ما کافی بود، باید در استفاده از منابع غذایی برای تولید سوخت محدودیت‌هایی وجود داشته باشد. در واقع آنقدر محصولات گیاهی وجود ندارد که هم همه را سیر کند و هم بتوان از آن سوخت کافی تولید کرد. رون آکسبرگ (R.Oxburgh)؛ زمین‌شناسی که هدایت یک کمپانی کوچک تولید سوخت دیزل زیستی از دانه‌های غیرخوراکی را به عهده دارد، در این‌باره معتقد است «اگر دولت ایالات متحده تمام محصول ذرت سالانه‌اش را هم به اتانول تبدیل کند به سختی می‌تواند تنها نزدیک به ۱۵ درصد از بنزین مصرفی را تولید کند.» آکسبرگ که پیش از این ریاست شرکت بزرگ نفتی شل (Shell) را به عهده داشت در کنفرانس هفته گذشته IFPRI درباره بحران غذا که در بروکسل بلژیک برگزار شد، سخنرانی کرد. در واقع تولید اتانول از سلولز، ترکیب اصلی دیواره سلول‌های گیاهی که برای انسان قابل هضم نیست، یکی از رویا‌های دیرپای بشر بوده است. کره زمین سالانه ۱۸۰ میلیارد تن سلولز تولید می‌کند.
به بیان دیگر سلولز بزرگ‌ترین مخزن کربن انباشته شده در مولکول‌های آلی غنی از انرژی به شمار می‌رود. بسیاری از زیست توده‌هایی (Biomass) که در مزارع تولید می‌شوند، سرشار از سلولز هستند. برای مثال ساقه برنج که سرشار از سلولز است به تنهایی نیمی از زیست‌توده‌های حاصل از کشاورزی در سراسر جهان را به خود اختصاص می‌دهد. از طرف دیگر منابع بالقوه‌ای از سلولز مثل گیاه سوئیچ گراس وجود دارد که می‌تواند در زمین‌هایی رشد کند که برای کاشت محصولات خوراکی مناسب نیستند.
در حال حاضر تنها یک کارخانه تجاری تولید اتانول از سلولز در جهان وجود دارد که در اوتاوای کانادا راه‌اندازی شده است. با این حال هزینه‌های این کار به حدی است که این تنها واحد تجاری اتانول‌زیستی، بدون کمک‌ها و سوبسید‌های دولتی قادر به ادامه کار نخواهد بود. بزرگ‌ترین مانع بر سر راه تولید اتانول سلولزی که نمی‌گذارد این فرآیند در حال حاضر سودآور باشد، این است که سلولز در ابتدا باید به مولکول‌های کوچک‌تر قند شکسته شود تا بتوان از آنها الکل تولید کرد. باکتری‌ها و قارچ‌هایی که در طبیعت با هجوم به چوب و دیگر موادگیاهی، سلولز آنها را به مولکول‌های قند تبدیل می‌کنند، آنزیم‌هایی را به کار می‌برند که به سلولاز‌ها شهرت دارند. محققان در حال حاضر برای تولید اتانول سلولزی، باکتری‌ها را به گونه‌ای تحت اصلاح ژنتیکی قرار داده‌اند که بتوانند سلولاز تولید کنند تا امکان جمع‌آوری این آنزیم‌ها در مخازن بزرگ وجود داشته باشد. سپس از این آنزیم‌ها برای تبدیل سلولز موجود در مواد گیاهی به مولکول‌های قند استفاده می‌شود که در نهایت این مولکول‌های قند نیز طی فرآیندی تخمیری به سوخت اتانول تبدیل خواهند شد. اما به گفته مریام استیکلن (M.Sticklen)، از دانشگاه ایالتی میشیگان «این فرآیند بسیار پر هزینه است و به جای آن چرا ژن تولید این آنزیم را در خود گیاهان منبع سوخت‌زیستی قرار ندهیم؟»
شاید کسی گمان کند چنین گیاهی که به طور ژنتیکی اصلاح شده است تا دیواره‌های سلول‌هایش را بجود، زنده نخواهد ماند. اما هرگز چنین اتفاقی رخ نخواهد داد. به گفته استیکلن «در واقع این آنزیم‌ها در بخشی از سلول و کاملا دور از دیواره‌های آن انبار می‌شود.» گروه تحقیقاتی تحت رهبری استیکلن توانستند به تازگی واریته‌ای تراژنی از ذرت موسوم به Spartan III به وجود آورند که می‌تواند آنزیم‌هایی تولید کند که تنها زمانی که گیاه آسیاب شود و حرارت ببیند، شکستن مولکول‌های سلولزی دیواره سلول را آغاز می‌کنند. به گفته استیکلن «مزیت بزرگ این روش در مقایسه با فرآیند تخمیر در مخازن حاوی آنزیم این است که در آن با توجه به رشد آنزیم درون خود گیاه مورد استفاده برای تولید سوخت، انرژی بسیار کمتری صرف تولید آنزیم‌های شکننده سلولز خواهد شد.» این آنزیم پیش از این در گیاه برنج نیز همانندسازی شده بود اما میزان بیان ژن تولید‌کننده آن به حدی نبود که برای شکستن تمام مولکول‌های سلولزی برنج کافی باشد. البته اگر چنین ژنی به دیگر گیاهان راه یابد، می‌تواند ویرانی‌های بزرگی به بار آورد. راه‌حلی که استیکلن برای این مشکل احتمالی پیشنهاد می‌کند این است که ژن تولید‌کننده آنزیم سلولز به جای دی‌ان‌ای هسته‌ای گیاه، در دی‌ان‌ای موجود در کلوروپلاست‌ها مهندسی شود. در واقع کلوروپلاست‌ها بخش‌هایی از گیاهان هستند که انرژی مورد نیاز گیاه را از خورشید می‌گیرند. با توجه به اینکه گرده گیاه فاقد کلوروپلاست است در نتیجه این ژن نمی‌تواند به راحتی در سایر گیاهان گسترش یابد.

New Scientist, May ۱۶, ۲۰۰۸
کیوان فیض‌اللهی

منبع : روزنامه کارگزاران