9
0
2.5K
آیا چوب تولیدشده در آزمایشگاه، جای چوب حاصل از درختان را خواهد گرفت؟
زوميت
بروزرسانی
زوميت/ هزاران سال است که انسان در حال قطع درختان و برداشت گياهان بوده است؛ اما مواد گياهي پرورش‌يافته در آزمايشگاه ممکن است اين وضعيت را تغيير دهد.
در سال‌هاي متمادي، نحوه‌ي انسان‌ها در پرورش و استخراج مواد از جنگل‌ها و مزارع اساسا بدون تغيير مانده است. براي مثال، براي به‌دست‌آوردن الوار درختي مي‌کاريم و اجازه مي‌دهيم رشد کند و سپس آن را قطع مي‌کنيم. چوب و ديگر مواد گياهي ممکن است منابع تجديدپذيري باشند؛ اما به‌دست‌آوردن اشکال کاربردي از آن‌ها معمولا به حمل‌و‌نقل و برش و فراوري نياز دارد. گروهي از پژوهشگران مؤسسه فناوري ماساچوست (MIT) اميدوار هستند اين ناکارآمدي‌ها را تا حد زيادي اصلاح کنند.
به‌گزارش وايرد، پژوهشگران MIT بافت گياهي چوب‌مانندي در آزمايشگاه پرورش دادند که اگر توليد آن افزايش مقياس پيدا کند، شايد روزي به ساخت چوب و فيبر و ديگر مواد زيستي پرورش‌يافته در آزمايشگاه منجر شود که به کاهش آثار زيست‌محيطي ناشي از جنگلداري و کشاورزي کمک خواهد کرد. نتايج مطالعه‌ي پژوهشگران در مجله‌ي Journal of Cleaner Production منتشر شده است. اشلي بک‌ويت، نويسنده‌ي اصلي مطالعه مي‌گويد:
اميدواريم اين روش بتواند به فرايند توسعه‌يافته‌اي براي توليد مواد گياهي تبديل و از فشارهاي وارده بر زمين‌هاي کشاورزي کاسته شود و با کاهش فشارها، فضاي بيشتري براي حيات‌وحش و جنگل‌ها باقي بماند.
بک‌ويت در پژوهش‌هاي گذشته‌اش، استفاده از ميکروسيالات چاپ سه‌بعدي‌شده را براي کاربردهاي زيست‌پزشکي مانند تجزيه‌و‌تحليل قطعات تومور بررسي کرده است؛ اما پس از اينکه زماني را صرف مطالعه درباره‌ي مزارع ارگانيک کرد، به استفاده‌ي کارآمدتر از منابع کشاورزي و طبيعي علاقه‌مند شد.
مواد گياهي که در آزمايشگاه پرورش داده مي‌شوند، براي کشت به اقليم يا آفت‌کش‌ها يا زمين‌هاي زراعي وابسته نيستند. علاوه‌بر‌اين، در اين روش فقط بخش‌هاي مفيد گياهان توليد و اين امر موجب حذف اجزايي مانند پوست و برگ و ديگر موادي مي‌شود که دور ريخته خواهد شد. لوييس فرناندو ولاسکوئز گارسيا، يکي از نويسندگان مطالعه مي‌گويد: «ايده‌ي کامل‌تر درباره‌ي توليد کالاها در مکان و زماني است که موردنياز هستند. درحال‌حاضر، معمولا کالاها را در مکان‌هاي معدودي توليد و سپس آن‌ها را توزيع مي‌کنيم.»
پرورش بافت‌هاي گياهي در آزمايشگاه با سلول‌ها آغاز مي‌شود، نه بذر. پژوهشگران سلول‌هاي زنده را از برگ‌هاي گياه آهار (Zinnia elegans) استخراج کردند. علت انتخاب اين گياه رشد سريع آن بود. گياه مذکور ازنظر تمايز سلولي يعني فرايندي که در آن سلول‌ها از نوعي به نوع ديگر تغيير پيدا مي‌کنند، به‌خوبي مطالعه شده است. ابتدا سلول‌ها در محيط کشت مايعي قرار مي‌گيرند تا تکثير شوند و سپس به ژلي منتقل مي‌شوند تا بيشتر رشد کنند. بک‌ويت معتقد است: «سلول‌ها درون اين داربست ژلي معلق هستند و با گذشت زمان رشد مي‌کنند تا حجم داربست را پر کنند و به انواع سلول‌هاي مدنظرمان تبديل شوند.» داربست حاوي موادمغذي و هورمون‌هاي موردنياز براي حفظ رشد سلول است؛ يعني مواد مبتني‌بر گياه منفعلانه رشد مي‌کنند و به نور خورشيد يا خاک نيازي نيست.
ترکيب سلول‌هاي گياهي و ژل بدون انجام برخي تغييرات به ماده‌ي چندان مفيدي تبديل نخواهد شد، بنابراين، پژوهشگران آزمايش کردند که چگونه دست‌کاري عواملي مانند غلظت‌هاي هورمون محيط ژل و pH و تراکم اوليه‌ي سلول روي رشد اثر مي‌گذارد و مي‌تواند ويژگي‌هاي بافت‌هاي گياهي حاصل را مشخص کند. ولاسکوئز گارسيا مي‌گويد: «اگر سرنخ مناسب را به سلول‌هاي گياهي بدهيد، آن‌ها مي‌توانند به سلول‌هاي مختلف تبديل شوند. مي‌توانيد سلول‌ها را ترغيب کنيد تا کار دلخواهتان را انجام دهند و سپس ويژگي‌هاي مدنظرتان را به شما خواهند داد.»
پژوهشگران براي دستيابي به مواد شبيه چوب مجبور شدند سلول‌هاي گياهي را تحريک کنند تا به سلول‌هاي نوع آوندي تبديل شوند که آب و موادمعدني را حمل مي‌کنند و بافت چوبي را تشکيل مي‌دهند. با تکامل سلول‌ها، آن‌ها ديواره‌ي سلولي ثانويه‌ي ضخيمي تشکيل مي‌دهند که با ليگنين تقويت و سخت‌تر مي‌شود. ليگنين پليمري است که موجب استحکام مي‌شود.
پژوهشگران با استفاده از ميکروسکوپ فلوئورسانس براي تجزيه‌و‌تحليل بافت‌ها توانستند مشاهده کنند که کدام سلول‌ها به چوب تبديل مي‌شوند. همچنين، آن‌ها بزرگي و طول آن‌ها را ارزيابي کردند. وقتي زمان چاپ فرا‌رسيد، گرم‌کردن و سپس چاپ سه‌بُعدي ژل باعث شد تا ماده‌ي حاصل پس از سرد و جامد شدن تقريبا به هر شکلي درآيد. بافت سبز تيرهاي که پژوهشگران توليد کردند، بسيار محکم است، اما ازنظر ساختاري، براي بيشتر اهداف ساختماني به‌قدر کافي قوي نيست. بک‌ويت مي‌گويد درحال‌حاضر، ساختارهاي نازک و مستطيلي چاپ‌شده فقط چند سانتي‌متر طول دارند و درحال‌حاضر، روي آن‌ها آزمايش‌هاي مکانيکي و مشخصه‌يابي انجام مي‌شود؛ اگرچه چاپ نسخه‌هاي بزرگ‌تر نيز ممکن است.
پروژه‌ي گياه آهار اثبات مفهومي براي نشان‌دادن تکنيک‌هاي پرورش بود. در مرحله‌ي بعد، پژوهشگران اين فرايند را در گونه‌هاي گياهي ديگري آزمايش مي‌کنند که ممکن است مواد محکم‌تر با خصوصيات مفيدتري توليد کنند
بک‌ويت مي‌گويد در ابتدا اين مواد مي‌تواند از محصولات گياهي معمول گران‌تر باشد؛ اما درنهايت حذف مراحل برداشت و فراوري و ساخت مي‌تواند هزينه‌ها را کاهش دهد. پژوهشگران آينده‌اي را تجسم مي‌کنند که بتوان اشياي موردنياز مثلا مبلمان را کاملا چاپ کرد؛ ولي حتي توليد بلوک‌ها يا تيرهاي آماده از مواد چوب‌مانند مي‌تواند انرژي موردنياز براي بريدن و تبديل الوار به اشکال کاربردي را کاهش دهد. مصرف آب براي آماده‌کردن محيط ژل مي‌تواند دقيقا کنترل شود و ميزان رواناب را کاهش دهد. به‌گفته‌ي بک‌ويت، پرورش بافت‌هاي گياهي در آزمايشگاه چند ماه طول مي‌کشد؛ ولي اين سرعت بسيار بيشتر از آن است که مثلا بيست سال منتظر بمانيم تا درختان صنوبر به‌حدي رشد کنند که به مقدار سودآوري از الوار دست پيدا کنيم.
ژوجون پن، استاد گروه مهندسي سيستم‌هاي زيستي در دانشگاه ويسکانسين، بيان مي‌کند علاوه‌بر امکان وسوسه‌انگيز پرورش مبلمان کامل، مواد گياهي مي‌توانند به توليد مواد شيميايي و سوخت کمک کنند. او مي‌گويد: «لازم نيست قطعه‌ي چوب محکمي پرورش دهيد. اگر بتوانيد زيست‌توده‌اي توليد کنيد، براي مثال به‌عنوان ماده‌ي خام آينده براي صنعت زيستي که قدرت رقابت و بازده‌ي فراواني داشته باشد، مي‌تواند جذاب باشد.»
جفري بورنشتاين، از نويسندگان مطالعه، مي‌گويد پژوهش اوليه‌ي آن‌ها با مواد آلي چاپ‌شدني ممکن است بينشي درباره‌ي توليد مواد و دستگاه‌هاي پيشرفته فراهم کند که در ساخت آن‌ها از سلول‌هاي زنده استفاده مي‌شود و دربرابر دما مي‌توانند واکنش نشان دهند يا قدرت ترميم داشته باشند. در گياهان، سلول‌هاي زنده مي‌توانند محرک را احساس کنند و دربرابر تغييرات محيطي واکنش نشان دهند. اگر اين قابليت بتواند درون مواد گنجانده شود، تحول‌آفرين خواهد بود. بورنشتاين مي‌گويد: «ماده‌اي که بتواند رشد کند يا دربرابر محيط پاسخ دهد يا خود را ترميم کند، قدرت زيادي خواهد داشت.»
پژوهشگران مي‌گويند چاپ زيستي سلول‌هاي گياهي به‌طورگسترده بررسي نشده است و احتمالا کار درزمينه‌ي پرورش انتخابي بافت‌هاي گياهي تنظيم‌پذير در ساختارهاي چاپ‌شده اولين‌بار است که انجام مي‌شود. البته حتي سبزترين آرزوها نيز بايد با نگاه انتقادي ارزيابي شوند.
اگرچه هر آنچه موجب حفظ درختان شوند، همچون پيروزي به‌نظر مي‌رسد، پيش‌بيني پيامدهاي آينده‌ي صنعت چوب پرورش‌يافته در آزمايشگاه دشوار است. براي مثال، گوشت کشت‌يافته در آزمايشگاه را در نظر بگيريد که مي‌خواهد هزينه‌هاي زيست‌محيطي توليد گوشت، خصوصا گوشت گاو را کاهش دهد. گوشت کشت‌يافته در آزمايشگاه درمقايسه‌با مواد گياهي پرورش‌داده‌شده در آزمايشگاه پيشرفت بسيار بيشتري کرده است؛ اما همچنان تأثير چنين صنعتي روي کاهش انتشارات مبهم است. براي مثال، تعويض انتشارات متان ناشي از گاوها با انتشارات کربن‌دي‌اکسيد حاصل از برق موردنياز براي فعاليت تأسيسات موردنياز براي کشت گوشت، داد‌و‌ستدي نامطمئن است. همچنين، هنوز مشخص نيست فرايند صنعتي توليد گوشت آزمايشگاهي درمقايسه‌با دامداري به چه ميزان آب نياز خواهد داشت.
افزايش مقياس توليد مواد گياهي پرورش داده‌شده در آزمايشگاه و استانداردسازي اين فرايند به درک عميق‌تري از عوامل اثرگذار روي رشد سلول مانند سطوح هورمون‌ها و pH و نيروهاي مکانيکي درون داربست ژل و سيگنال‌دهي بيوشيميايي ميان سلول‌ها نياز دارد و بايد مطالعات بسياري انجام شود. ولاسکوئز گارسيا مي‌گويد انتقال روش‌هاي استفاده‌شده براي رشد گياه آهار به گونه‌هاي ديگر مي‌تواند دشوار باشد و براي بررسي کامل اين ايده ممکن است به افراد بيشتري با تخصص بسيار بيشتري نياز باشد. بااين‌حال، او معتقد است ارائه‌ي راه‌حل‌هاي پايدارتر به ايده‌هاي جسورانه نياز دارد و گاهي اوقات آنچه در آزمايشگاه توليد مي‌شود، بر آنچه در طبيعت ساخته مي‌شود، برتري پيدا مي‌کند.
اخبار بیشتر درباره
اخبار مرتبط
12
8
3.3K
10
6
1.9K
5
1
1.7K
6
11
1.7K
4
4
1.5K
اخبار بیشتر درباره
پس از این بخوانید
«اسپیسایکس» چهل و ششمین ماموریت مداری امسال را انجام داد
خورشید زیبا و طوفانی از پلاسما
ویدیویی جدید از optimus ربات شرکتِ Tesla
رتبه ۱۳ ایران در تولید علم سلولهای بنیادی و پزشکی بازساختی دنیا
حیوان غولپیکری که پس پرده ردپای عظیم کشف شده قرار داشت
هوش مصنوعی توانمندیاش در علم نجوم را هم ثابت کرد
وقتی درون سیاهچاله سقوط میکنیم، چه میشود؟
برگزاری جشنواره شیخ بهایی از ۲۶ اردیبهشت/اعطای جایزه صنعتساز
همکاری با یک باکتری برای از بین بردن سرطان لوزالمعده
