Optimization of Parachlorella kessleri growth under different environmental conditions for lipid production

في البحث عن مواد لا تضر الكوكب، يتجه العلماء إلى عالم الطحالب المجهري. هذه النباتات الصغيرة وحيدة الخلية تستخدم ضوء الشمس للنمو، وبذلك يمكنها إنتاج زيوت وبلاستيك قد يحل يوماً ما محل المنتجات القائمة على البترول التي تملأ مكبات النفايات والمحيطات. ويكمن التحدي في العثور على النوع المناسب من الطحالب والبيئة المثالية لجعلها تنمو بسرعة وتنتج أكثر المواد فائدة. إن الأمر يتعلق بضبط الظروف — مثل حموضة الماء، ودفء الهواء، وطول النهار، وكمية ثاني أكسيد الكربون المتاحة — تماماً مثل مزارع يضبط دفيئة زجاجية لاستخراج أفضل حصاد من محصول معين. وعندما يتم ضبط هذه العوامل بشكل صحيح، يمكن للطحالب أن تصبح مصنعاً للطاقة المستدامة والبلاستيك القابل للتحلل الحيوي.

ركز فريق من الباحثين في الهند مؤخراً على سلالة معينة من الطحالب الخضراء تسمى Parachlorella kessleri، والتي اكتشفوها في نهر يامونا في دلهي. أرادوا معرفة ما إذا كان يمكن حث هذا النوع المحلي على إنتاج كميات عالية من الدهون (Lipids)، وهي الدهون المستخدمة لصنع الوقود الحيوي، والبوليهيدروكسي ألكانوات (PHAs)، أو البلاستيك القابل للتحلل الحيوي. ولإيجاد الوصفة المثالية للنمو، قام العلماء بعزل الطحالب من مياه النهر وتنظيفها من أي بكتيريا. ثم قاموا بزراعة الطحالب في دوارق زجاجية، مع تغيير شرط واحد في كل مرة لمعرفة كيفية استجابة الخلايا الصغيرة. لقد اختبروا مستويات مختلفة من الحموضة، ودرجات حرارة تتراوح من البرودة إلى الحرارة، ودورات متنوعة من الضوء والظلام، وتركيزات مختلفة من غاز ثاني أكسيد الكربون الذي يتم ضخه عبر الماء.

كشفت التجارب عن مجموعة واضحة من الظروف التي ازدهرت فيها الطحالب. فقد نمت الخلايا بشكل أفضل عندما كان الماء قلوياً قليلاً، عند درجة حموضة (pH) تبلغ 8، وحافظ على درجة حرارة مريحة تبلغ 25 درجة مئوية. كما فضلت يوماً أطول من الليل، وتحديداً دورة من 16 ساعة من الضوء تليها 8 ساعات من الظلام، ونمت بقوة أكبر عندما احتوى الهواء فوقها على 2 بالمائة من ثاني أكسيد الكربون. وتحت هذه الظروف المحددة، وصلت الطحالب إلى ذروة حجمها بعد 16 يوماً. وفي هذه البيئة المثالية، وجد الباحثون أن الطحالب لم تكن تنمو جيداً فحسب، بل كانت أيضاً تخزن الطاقة واللبنات الأساسية للبلاستيك. فقد احتوت الخلايا المجففة على 17 بالمائة من الدهون و11 بالمائة من الـ PHA من حيث الوزن. وهذا يعني أنه من دفعة واحدة من الطحالب المزروعة تحت هذه الظروف، يمكن للعلماء تقنياً حصاد كل من الوقود والمواد البلاستيكية.

هذا الاكتشاف مهم لأنه المرة الأولى التي تُدرس فيها هذه النوعية المحددة من الطحالب، الموجودة في نهر يامونا، وتُحسّن لإنتاج كل من هاتين المادتين القيمتين في وقت واحد. وبينما بحثت دراسات أخرى في كيفية زراعة الطحالب لغرض واحد، يوضح هذا العمل أن نفس دفعة الخلايا يمكن أن تخدم غرضاً مزدوجاً، مما قد يجعل عملية إنشاء منتجات مستدامة أكثر كفاءة وأقل تكلفة. وقد لاحظ الباحثون أن الطحالب كانت قادرة على التعامل مع مجموعة واسعة من الظروف، ولكن الجمع المحدد بين درجة الحموضة، ودرجة الحرارة، والضوء، وثاني أكسيد الكربون الذي حددوه أنتج أعلى عائد. وتؤكد الدراسة أن هذه السلالة الأصلية لديها القدرة على الاستخدام في عمليات واسعة النطاق، مثل المصافي الحيوية، حيث يمكنها المساعدة في إنشاء اقتصاد دائري من خلال تحويل النفايات وضوء الشمس إلى سلع مفيدة. ويضع هذا العمل حجر الأساس لخطوات مستقبلية، بما في ذلك اختبار الطحالب في خزانات أكبر وأكثر تحكماً لمعرفة ما إذا كانت هذه النتائج ستظل ثابتة على نطاق صناعي.