جلبک‌ها به عنوان منجیان کوچک بحران‌های بزرگ زیست‌محیطی و آب و هوایی شناخته می‌شوند. این موجودات به دلیل ویژگی‌های خاص خود، از جمله ساختار زیستی، محیط رشد و توانایی بالای سازگاری در فرآیند فتوسنتز، نسبت به گیاهان زمینی برتری قابل توجهی دارند. در ادامه، به بررسی دلایل کارآمدی جلبک‌ها در فتوسنتز نسبت به سایر گونه‌های گیاهی، به ویژه گیاهان زمینی، می‌پردازیم.
1.ساختار ساده
- عدم وجود بافت‌های پیچیده: بر خلاف گیاهان زمینی که دارای ساختارهای پیچیده‌ای مانند ریشه، ساقه و برگ هستند، جلبک‌ها موجوداتی نسبتاً ساده‌اند. آنها نیازی به صرف انرژی برای توسعه یا حفظ این ساختارها ندارند و بنابراین می‌توانند انرژی بیشتری را به فرآیند فتوسنتز اختصاص دهند.
2. جذب نور مؤثر
- نسبت سطح به حجم بالا: جلبک‌هادارای نسبت سطح به حجم بالایی هستند، به این معنی که می‌توانند نسبت به اندازه‌شان نور و دی‌اکسید کربن بیشتری را جذب کنند. این ویژگی به حداکثر کردن کارایی فتوسنتزی آنها کمک می‌کند.
3. نرخ رشد سریع‌تر
- تولید بیوماس بیشتر: جلبک‌ها به طور کلی دارای نرخ‌های رشد بسیار سریع‌تری نسبت به گیاهان هستند. این رشدسریع ناشی از توانایی آنها در تقسیم و تکثیر مداوم، به ویژه در شرایط ایده‌آل (نور، مواد مغذی و CO₂) است.
- چرخه زندگی کوتاه: جلبک‌هاسریع‌تر از گیاهان چرخه‌های زندگی خود را کامل می‌کنند و این امر به آنها اجازه می‌دهد فتوسنتز را با سرعت بیشتری انجام دهند و بیوماس را به طور مداوم تولید کنند.
4. سازگاری با محیط‌های آبی
- زیستگاه آبی: جلبک‌ها عمدتاً در محیط‌های آبی (هم آب شیرین و هم دریا) زندگی می‌کنند و به طور مداوم در محاصره آب هستند. این ویژگی جذب CO₂ (به‌صورت CO₂ حل‌شده) و مواد مغذی را از محیط اطراف آسان‌تر می‌سازد، در حالی که گیاهان زمینی باید آب و مواد مغذی را از طریق ریشه‌ها جذب کنند.
- جذب مستقیم CO₂: جلبک‌ها به دلیل زندگی در آب، به CO₂ حل‌شده دسترسی مستقیم دارند و این موضوع جذب کربن برای فتوسنتز را در مقایسه باگیاهان که به روزنه‌ها (منافذ) متکی هستند، کارآمدتر می‌سازد.
5. طیف وسیع جذب نور
- رنگدانه‌های متنوع: جلبک‌ها دارای طیف وسیع‌تری از رنگدانه‌های فتوسنتزی نسبت به گیاهان هستند. علاوه بر کلروفیل، آنها رنگدانه‌هایی مانند فیکوبیلین‌ها و کاروتنوئیدها نیز دارند که به آنها اجازه می‌دهد نور را از قسمت‌های مختلف طیف (مانند نور آبی و قرمز) جذب کنند. این ویژگی موجب می‌شود که جلبک‌ها در جذب نور خورشید بسیار کارآمد باشند، حتی در شرایط کم‌نور یا در آب‌های عمیق.
- استفاده مؤثر از نور: برخی از جلبک‌ها می‌توانند در شرایط نور کم یا در عمق‌های بیشتر در آب که نور ضعیف‌تر است، به فرآیند فتوسنتز بپردازند. آنها می‌توانند به‌خوبی از نور موجود برای انجام فتوسنتز استفاده کنند، چیزی که اکثر گیاهان زمینی قادر به انجام آن نیستند.
6. کارایی بالاتر فتوسنتزی
- مکانیسم‌های متمرکز کننده کربن (CCMs): بسیاری از گونه‌های جلبک دارای مکانیسم‌های ویژه‌ای هستند که به آنها امکان می‌دهد CO₂ را در محل فتوسنتز متمرکز کنند. این مکانیسم‌ها تضمین می‌کنند که آنزیم مسئول تثبیت کربن (RuBisCO) به‌طور مؤثرتری عمل کند و این موضوع منجر به کاهش تنفس نوری و افزایش نرخ کلی فتوسنتز می‌شود.
- تنفس نوری کمتر: تنفس نوری(Photorespiration)، فرآیندی است که کارایی فتوسنتز را در گیاهان کاهش می‌دهد. جلبک‌ها، به‌ویژه در محیط‌های آبی، به دلیل توانایی متمرکز کردنCO₂ در نزدیکی تجهیزات فتوسنتزی خود، تنفس نوری کمتری را تجربه می‌کنند و این موضوع باعث کاهش تداخل اکسیژن می‌شود.تنفس نوری (Photorespiration) فرآیندی است که در آن گیاهان، به‌ویژه در شرایط گرما و کمبود CO₂، به جای فتوسنتز مؤثر، اکسیژن را مصرف و دی‌اکسید کربن تولید می‌کنند. این فرآیند در کلروپلاست‌های سلول‌های گیاهی رخ می‌دهد و کارایی فتوسنتز را کاهش می‌دهد، زیرا به جای تولید قند و انرژی، منابع گیاه را هدر می‌دهد.
7. مقاومت در برابر تنش‌های محیطی
- سازگاری با شرایط سخت: برخی از گونه‌های جلبک می‌توانند در محیط‌های دشواری مانند غلظت‌های بالای نمک و نوسانات دما به‌خوبی رشد کنند و کارایی فتوسنتزی خود را حفظ نمایند. در حالی که گیاهان زمینی معمولاً نسبت به تنش‌های محیطی مانند خشکی یا نوسانات دما حساس‌تر هستند و این امر می‌تواند نرخ فتوسنتز آنها را کاهش دهد.
8. توانایی رشد در زمین‌های غیرقابل کشت
- عدم رقابت با کشاورزی: جلبک‌ها می‌توانند در مناطقی که گیاهان زمینی قادر به رشد نیستند، مانند آب‌های شور، فاضلاب یا دیگر محیط‌های غیرقابل کشت، پرورش یابند. این ویژگی به آنها اجازه می‌دهد به فتوسنتز ادامه دهند و بیوماس تولید کنند بدون اینکه با محصولات غذایی برای زمین، آب یا مواد مغذی رقابت کنند.
با توجه به اینکه جلبک‌ها حتی در محیط‌های طبیعی و کنترل نشده در مقایسه با گیاهان از کارایی بیشتری در فتوسنتز و جذب CO₂ برخوردار هستند و این تفاوت می‌تواند تا 10 برابر بیشتر از حجم مشابهی از توده گیاهان زمینی باشد، می‌توان کارایی یک توده زیستی جلبک را با کنترل شرایط محیطی به وسیله راکتورهای زیستی تا چندین برابر از توده زیستی گیاهان زمینی افزایش داد.
این توانایی بالقوه در استفاده از جلبک ها بسیاری از شرکت های بزرگ و استارتاپ های فعال در زمینه انرژی های تجدید پذیر را تشویق به سرمایه گذاری و فعالیت در زمیه پرورش و بهره برداری از این منبع جدید نموده است .از جمله شرکت‌های پیشگام در این حوزه، شرکت فستو آلمان است که آخرین دستاوردهای خود در زمینه فناوری‌های راکتورهای زیستی پرورش جلبک را در نمایشگاه هانوفر آلمان به نمایش گذاشت.
دیدگاه خود را بنویسید