Fenntarthatóság

A francia kisváros, mely a holnap városa

NRGreport | 2022.04.17. 10:00

A mélytengeri halaktól a szentjánosbogarakig több tucatnyi élőlény használja a biolumineszcenciát, hogy láthatóvá váljon a természetben. De vajon mi is tudnánk hasznosítani őket városaink megvilágítására?

Egy francia kisvárosban, Párizstól mintegy 50 km-re délnyugatra, Rambouillet-ban található COVID-19 oltóközpontban lágy kék fény áradt egy sor hengeres csőből. A lakosság azon tagjai, akik tavaly oltást kaptak, meghívást kaptak, hogy néhány percig fürödjenek a fényben, amíg várakoznak.

Hamarosan ugyanez az azúrkék ragyogás fogja éjszaka is megvilágítani a közeli, fákkal szegélyezett Place André Thomé et Jacqueline Thomé-Patenôtre-t, amely a találóan La Lanterne előadóteremmel szemben található. Ezek az kezdeti kísérletek Franciaország-szerte sok helyen folyamatban vannak, többek között a fővárosi Roissy-Charles-de-Gaulle repülőtéren is

A hagyományos utcai lámpákkal ellentétben, amelyek gyakran erősen vakítanak és az elektromos hálózatra kell csatlakoztatni őket, ezeket a lámpákat másvilági fényeket idéző organizmusok táplálják a biolumineszcencia nevű folyamat révén.

Ez az a jelenség – amikor az organikus szervezet testében lejátszódó kémiai reakciók fényt termelnek – a természetben ez számos helyen megfigyelhető. Olyan különböző állatok és növényekben is, mint például a szentjánosbogarak, gombák és halak is a biolumineszcencia révén képesek világítani a sötétben. A mélytengeri élőlények 76%-ában jelen van, és egymástól függetlenül több tucatszor fejlődött ki, csak a tengeri halakban legalább 27 alkalommal.

A biolumineszcencia felhasználási területe a természetben ugyanilyen széleskörű. A szentjánosbogarak világítanak a párjuk vonzására, míg egyes algafajok azért világítanak, ha a környező vizet megzavarják. A mélytengeri süllőhalak biolumineszcens baktériumokat telepítenek a fejük feletti lebenyükre, hogy azzal csalogassák magukhoz a zsákmányukat.

A legtöbb biolumineszcens óceáni faj kék-zöld fényt bocsát ki, amely a színek rövidebb hullámhossza miatt messzebbre jut az óceánban. Néhány szentjánosbogár és bizonyos csigák sárgán világítanak, és az úgynevezett „vasúti féreg”, egy Amerikában őshonos bogárlárva arról vált ismertté, hogy éjszakai vonatra emlékeztető pöttyös mintázatban vörös és zöldessárga színűre változik. A tavaszi csikóhalaknak, valamint a Dél-Afrikában élő éjszakai rágcsálóknak egy fajtájának – pedig olyan szőrzetét is megtalálták már, amely élénk rózsaszínű biofluoreszkáló fényt bocsát ki.

A Rambouillet várótermét elárasztó türkizkék ragyogás eközben egy Aliivibrio fischeri nevű, Franciaország partjainál élő tengeri baktériumtól származik. A baktériumokat sós vízzel töltött csövekben tárolják, így azok egyfajta világító akváriumban keringenek. Mivel a fényt a szervezet normál anyagcseréjének részét képező belső biokémiai folyamatok segítségével állítják elő, a működtetéséhez szinte csak a baktériumok által elfogyasztott táplálék előállításához szükséges energiára van csak szükség. Az alapvető tápanyagok keverékén kívül levegőt pumpálnak a vízbe, hogy oxigént biztosítsanak nekik . A „fény kikapcsolásához” egyszerűen csak elzárják a levegőt, és ezzel a folyamatot leállítják, ezzel a baktériumot egyfajta anaerob állapotba küldve, ahol nem termelnek biolumineszcenciát.

„Célunk, hogy megváltoztassuk a városok fényhasználatának módját” – mondja Sandra Rey, a Rambouillet-i projekt mögött álló Glowee francia start-up alapítója. „Olyan környezetet akarunk teremteni, amely jobban tiszteletben tartja a polgárokat, a környezetet és a biológiai sokféleséget – és valódi alternatívaként akarjuk bevezetni a fénynek ezt az új filozófiáját.”

A Reyhez hasonló tudósok szerint a baktériumok által termelt biolumineszcencia energiatakarékos és fenntartható módja lehet életünk megvilágításának. Érvelése szerint a fény előállításának jelenlegi módja alig változott az első villanykörte, 1879-es kifejlesztése óta. Bár az 1960-as években megjelent LED-izzó jelentősen csökkentette a világítás üzemeltetési költségeit, az még mindig függ az elektromos energiától, amelyet nagyrészt fosszilis tüzelőanyagok elégetésével állítanak elő.

A 2014-ben alapított Glowee egy – elméletileg végtelenül megújuló – folyékony nyersanyagot fejleszt biolumineszcens mikroorganizmusokból. Sósvízi akváriumokban tenyésztik, mielőtt akváriumi csövekbe csomagolják. A gyártási folyamat Rey állítása szerint kevesebb vizet fogyaszt, mint a LED-lámpák gyártása, és kevesebb CO2-t bocsát ki, a folyadék pedig biológiailag lebomló. A cég szerint a lámpák működtetése kevesebb áramot is igényel, mint a LED-eké, bár a Glowee izzók kevesebb lumen fényt termelnek, mint a legtöbb modern LED-izzó.

2019-ben a Rambouillet városháza partnerséget kötött a Glowee-vel, és 100 000 eurót fektetett be, hogy a várost „teljes körű biolumineszcencia-laboratóriummá” alakítsa át.

Guillaume Douet, Rambouillet közterületeinek vezetője úgy véli, hogy ha a kísérlet sikeres lesz, az az egész országra kiterjedő átalakuláshoz vezethet. „A holnap városáról van szó” – mondja Douet. „Ha a prototípus tényleg működik, akkor nagyszabású bevezetésre kerülhet sor és kiválthatja a jelenlegi világítási rendszereket”.

A biolumineszcens világítás azonban nem újdonság. Időszámításunk előtt 350 körül Arisztotelész görög filozófus az izzóférgek és szentjánosbogarak biolumineszcenciáját egyfajta „hideg” fényként írta le. A szénbányászok üvegekbe zárt szentjánosbogarakat használtak megvilágításként a bányákban, ahol bármilyen láng – akár egy gyertya vagy lámpa – halálos robbanást okozhatott volna. Eközben az indiai törzsek évek óta világító gombákat használnak a sűrű dzsungel megvilágítására.

A Glowee azonban a világon az első olyan cég, amely eljutott a kísérletezésnek erre a szintjére, és a vállalat azt állítja, hogy 40 francia, belga, svájci és portugál várossal folytat tárgyalásokat. A Glowee támogatói között van az ERDF, egy javarészt állami vállalat, amely a francia villamosenergia-hálózatot kezeli, valamint az Európai Bizottság 1,7 millió eurós támogatásával és a francia Nemzeti Egészségügyi és Orvosi Kutatóintézet (Inserm) mely pedig technikai támogatást nyújtott a vállalatnak

Az élő baktériumtenyészeteket nehéz hosszú távon fenntartani, mivel tápanyagellátásra van szükségük. Carl Johnson, a Vanderbilt Egyetem biológiai tudományok professzora úgy véli, hogy még komoly kihívások várnak a biolumineszcencia nagyszabású alkalmazásáig.

„Először is táplálni kell a baktériumokat, és hígítani kell őket, miközben növekednek” – mondja. „Ez nem olyan egyszerű. Emellett a jelenség nagyon hőmérsékletfüggő lesz, és kétlem, hogy télen működni fog. Harmadszor, a biolumineszcencia nagyon halvány az elektromos világításhoz képest.”

A Glowee Rey elismeri ezeket a kihívásokat, de kitart amellett, hogy az ökológiai és gazdasági előnyök miatt a jövő városainak baktériumos kék fényben kell fürödniük.

Jelenleg az Evryben működő csapat azon dolgozik, hogy növelje a baktérium által termelt fény intenzitását – amely egyelőre csak napokig vagy hetekig tart, mielőtt további tápanyagot igényelne, és még nem olyan erős, mint a LED-fény. Eddig a Glowee szerint a baktériumai négyzetméterenként 15 lumen fényerőt képesek előállítani – ami nem éri el, de nem is marad el nagyon a minimálisan szükséges 25 lumen/négyzetméteres fényerőtől, amelyre a parkok és kertek közvilágításánál van szükség. Összehasonlításképpen egy 220 lumenes háztartási LED-es reflektorizzó izzó körülbelül 111 lumen fényerőt tud négyzetméterenként produkálni.

„Apránként haladunk előre” – mondja. „De már most hatalmas lépéseket tettünk, és a fényfilozófiánk válasz az emberiség előtt álló válságra.”

Catrin Williams, a Cardiffi Egyetem Biotudományi Karának oktatója, aki a baktériumok biolumineszcenciáját tanulmányozza, egyetért azzal, hogy a tápanyagellátás szükségessége miatt „nehéz” élő baktériumtenyészeteket hosszú távon fenntartani.

Williams szerint azonban ez kiküszöbölhető lenne, ha a „kemilumineszcenciára” összpontosítanánk – ezt a folyamatot a Glowee jelenleg is vizsgálja -, ami nélkülözi az élő baktériumokat. A biolumineszcenciáért felelős enzim, ami a luciferáz, elméletileg kivonható a baktériumokból, és maga is felhasználható a fény előállítására. „Úgy gondolom, hogy a Glowee megközelítése rendkívül újszerű és innovatív, és fantasztikus lehet” – mondja.

Világszerte más kezdeményezések is reményt adnak a jobb jővőért. A vancouveri székhelyű Nyoka Design Labs a világító rudak biológiailag lebomló alternatíváját fejleszti, nem élő, sejtmentes enzimeket felhasználva, amelyeket az kutatók szerint sokkal könnyebb fenntartani

. „Ahelyett, hogy az egész autót használnánk, csak a fényszórókat vesszük ki” – mondja Paige Whitehead, az alapító és vezérigazgató. „Az enzimológia olyan mértékben fejlődött, hogy már nem kell a sejttámogatott rendszerekre támaszkodnunk”.

A használat után a világító pálcikákat nem lehet újra hasznosítani a bennük lévő vegyi anyagok keveréke miatt. A bűnüldözési és katonai felhasználástól kezdve a zenei fesztiválozókig sokféleképpen használják őket. Egyes kutatók aggodalmukat fejezték ki a bennük lévő vegyi anyagok tengeri élővilágra gyakorolt hatásával kapcsolatban, mivel ezeket gyakran csaliként is használják a horogsoros halászatban.

„Nagyon sok ilyen hulladék felesleges” – mondja Whitehead. „Az általunk megcélzott jövőkép az, hogy minden alternatív világítási rendszert lecseréljünk, hogy fenntarthatóbbá tegyük azokat.”

Egy 2020 áprilisában közzétett tanulmány jelentős áttörést jelent e vízió szempontjából: egy moszkvai biotechnológiai startup céggel együttműködő orosz biomérnökökből álló csapat olyan módszert hozott létre, amellyel a növényekben a biolumineszcencia fenntartható. Állításuk szerint képesek voltak arra, hogy a korábbi erőfeszítésekhez képest tízszer fényesebben és hosszabb ideig világítsanak a növények – percenként több mint 10 milliárd fotont termelve – azáltal, hogy a növényekbe biotechnológiai útján gombákból származó biolumineszcens géneket építettek be. Az új kutatás azokra az eredményekre épült, amelyek a luciferin – a biolumineszcenciához szükséges egyik egyedi vegyület – gombaváltozatát azonosították a luciferáz vagy a fotoprotein enzimek valamelyike mellett.

A szintetikus biológia alkalmazása a biolumineszcenciára hatalmas lehetőséget jelent – mondta Keith Wood.

Keith Wood, az a tudós, aki 30 évvel ezelőtt a szentjánosbogarakból származó gén felhasználásával létrehozta az első lumineszkáló növényt. Keith azt mondja, hogy a technológia részben helyettesítheti a mesterséges világítást, például a LED-eket. Nemrégiben azt találta ki, hogy az Oplophorus gracilirostris mélytengeri garnélarákban található luciferáz genetikai szerkezetének megváltoztatásával 2,5 milliószorosára növelhető a fényerőjük. Az így létrejött enzim, amelyet a kutatók NanoLucnak neveztek el, 150-szer fényesebb volt a szentjánosbogarakban található luciferázoknál is.

„A szintetikus biológia alkalmazása a biolumineszcenciára hatalmas lehetőséget jelent” – mondja Wood, aki most egy biolumineszcens növényt fejleszt a Light Bio nevű cég számára.

De hogy pontosan hogyan lehet majd használni ezeket a transzgenikus biolumineszcens növényeket a jövőben, az még nem dőlt el. Egy athéni tervezőcsoport a Görög Nyílt Egyetem Olympia Ardavani vezetésével olyan elképzelést vázolt fel, amely szerint nagyszámú biolumineszcens növényt használnának az utak melletti környezet megvilágításra. Becsléseik szerint, ha sikerülne olyan növényt előállítani, amely egyenként mintegy 57 lumen fényt bocsát ki, akkor az út mindkét oldalán 30 méterenként 40 növényre lenne szükség ahhoz, hogy az európai gyalogosok által használt utakra előírt legalacsonyabb szintű közvilágítási osztályba tartozó közvilágításnak megfeleljen.

Rey azonban úgy véli, hogy a biolumineszcencia természetes erejének világításra való felhasználása a környezetet és a természeti világot is új módon láthatnánk. „Olyan hangulatot teremthet, amely tiszteletteljesebbé tesz bennünket a környezet és a biológiai sokféleség iránt” – mondja.

  NRGreport
Bejegyzés megosztása
Ajánlott cikkek
Iratkozz fel hírlevelünkre!
©2024 NRGREPORT, Minden jog fenntartva.