A climate-resilient microalga, Desmodesmus ecotolerans sp. nov., for biophotovoltaic applications
यह अध्ययन *Desmodesmus ecotolerans* sp. nov. का वर्णन करता है, जो सेओंडोंग झील से अलग किया गया एक नवीन जलवायु-लचीला सूक्ष्मशैवाल (microalga) है, जो कम रोशनी की स्थितियों में बायोमास उत्पादन में मॉडल स्ट्रेन *Chlamydomonas reinhardtii* से बेहतर प्रदर्शन करता है और उन्नत इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन प्रदर्शित करता है, जो इसे परिवर्तनशील वातावरणों में बायोफोटोवोल्टिक अनुप्रयोगों के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार बनाता है।
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नवीकरणीय ऊर्जा की खोज अक्सर सूर्य की ओर देखती है, लेकिन वास्तविक दुनिया में उस प्रकाश को कुशलतापूर्वक पकड़ना एक कठिन चुनौती है। जबकि सौर पैनल आम हैं, वैज्ञानिक ऐसे जीवित तंत्रों की भी खोज कर रहे हैं जो सूर्य के प्रकाश को बिजली में बदल सकें। ये तंत्र, जिन्हें बायोफोटोवोल्टिक्स (biophotovoltaics) कहा जाता है, माइक्रोकैल्सी जैसे सूक्ष्म, एककोशिकीय जीवों का उपयोग करते हैं। ये सूक्ष्म पौधे स्वाभाविक रूप से प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से सौर ऊर्जा और कार्बन डाइऑक्साइड को बायोमास में परिवर्तित करते हैं। एक बायोफोटोवोल्टिक सेटअप में, इस जैविक प्रक्रिया का उपयोग विद्युत धारा उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। हालाँकि, इन जीवित पावर प्लांटों को प्रयोगशाला के नियंत्रित वातावरण से बाहर उपयोगी होने के लिए, उन्हें मजबूत होना होगा। उन्हें प्रकृति के अप्रत्याशित उतार-चढ़ाव, जैसे गर्मियों की भीषण गर्मी से लेकर सर्दियों के धुंधले, बादलों वाले दिनों तक, बिना अपनी ऊर्जा उत्पादन की क्षमता खोए, जीवित रहने की आवश्यकता है। ऊर्जा उत्पादन की अपनी क्षमता खोए बिना इन उतार-चढ़ाव वाली स्थितियों में फलने-फूलने के लिए शैवाल की एक नस्ल खोजना इस तकनीक को व्यावहारिक बनाने के लिए महत्वपूर्ण लापता कड़ी है।
दक्षिण कोरिया के शोधकर्ताओं ने एक पाठ्यपुस्तक में खोजने के बजाय, सियोल में एक विश्वविद्यालय परिसर में स्थित एक छोटे, कृत्रिम झील में जाकर ऐसे लचीले जीव की तलाश करने का निर्णय लिया। उन्होंने कई महीनों तक पानी के नमूने एकत्र किए, जिसमें जंगली वातावरण में मौजूद किसी भी सूक्ष्म जीवन को शामिल किया गया। इन नमूनों से, उन्होंने माइक्रोकैल्सी की पैंतालीस अलग-अलग नस्लों को अलग किया और उन्हें एक कठोर परीक्षण से गुजारा। लक्ष्य यह देखना था कि कौन सी नस्लें तब भी बढ़ती रह सकती हैं जब तापमान बढ़ता है, जो गर्मियों के दिन की गर्मी का अनुकरण करता है, और जब रोशनी कम होती है, जो बादलों वाले दोपहर की नकल करती है। अधिकांश नस्लों को गर्मी बढ़ने या रोशनी कम होने पर संघर्ष करना पड़ा, लेकिन एक आइसोलेट (isolate) सबसे अलग रहा। इस विशेष माइक्रोकैल्सी ने, जिसे शोधकर्ताओं ने डेस्मोडेस्मस इकोटोलरन्स (Desmodesmus ecotolerans) नाम दिया, उल्लेखनीय रूप से मजबूती प्रदर्शित की। इसने तब भी स्थिर, मजबूत विकास दर बनाए रखी जब पानी को उन तापमानों तक गर्म किया गया जो अन्य कई प्रजातियों की गति को धीमा या रोक सकते थे, और रोशनी काफी कम होने पर भी यह फलती-फूलती रही।
टीम ने इस चैंपियन नस्ल को समझने के लिए इसका गहराई से अध्ययन किया कि इसमें क्या खास था। जेनेटिक विश्लेषण का उपयोग करते हुए, उन्होंने पुष्टि की कि यह डेस्मोडेस्मस परिवार से संबंधित है, जो हरे शैवाल का एक समूह है, लेकिन यह पूरी तरह से एक नई प्रजाति मानी जाने के लिए पर्याप्त विशिष्ट थी। अपने निकटतम ज्ञात रिश्तेदारों के जेनेटिक कोड और उनकी आंतरिक संरचनाओं के आकार की तुलना करके, उन्होंने पाया कि स्पष्ट अंतर थे जो इसे एक नया नाम देने के औचित्य को सिद्ध करते थे। विशिष्ट नाम, इकोटोलरन्स (ecotolerans), इसके पर्यावरणीय तनाव को सहने की क्षमता को दर्शाने के लिए चुना गया था। सूक्ष्मदर्शी के नीचे, नई प्रजाति छोटे, अंडाकार कोशिकाओं के रूप में दिखाई दी, जो अक्सर अकेले या जोड़ों में पाई जाती थी। अनुसंधान में उपयोग किए जाने वाले एक सामान्य मॉडल शैवाल की तुलना में छोटी होने के बावजूद, यह कहीं अधिक उत्पादक थी। कम रोशनी की स्थिति में उगाए जाने पर, इस नई नस्ल ने मानक संदर्भ नस्ल की तुलना में काफी अधिक शुष्क द्रव्यमान (dry mass) का उत्पादन किया, और कुछ परिदृश्यों में लगभग दोगुना बायोमास संचित किया।
हालाँकि, असली परीक्षण यह था कि क्या यह जैविक लचीलापन बेहतर विद्युत प्रदर्शन में परिवर्तित होता है। शोधकर्ताओं ने विद्युत धारा को कितनी अच्छी तरह उत्पन्न कर सकता है, यह मापने के लिए शैवाल को एक छोटे इलेक्ट्रोड पर रखा। परिणाम चौंकाने वाले थे। क्योंकि यह नई नस्ल कम रोशनी में भी प्रकाश संश्लेषण करने में इतनी कुशल थी, इसलिए इसने मानक नस्ल की तुलना में बहुत मजबूत विद्युत संकेत उत्पन्न किया। जब शोधकर्ताओं ने बिजली के आउटपुट को मापा, तो नए शैवाल ने संदर्भ नस्ल की तुलना में लगभग दोगुनी अनुमानित पावर डेंसिटी (power density) का उत्पादन किया। यह सुझाव देता है कि तनाव के तहत अपनी आंतरिक ऊर्जा फैक्ट्रियों को कुशलतापूर्वक चलाने की इसकी क्षमता, इलेक्ट्रॉनों को बाहर धकेलने और बिजली बनाने की इसकी क्षमता को सीधे बढ़ाती है। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि यह नव-खोजित माइक्रोकैल्सी भविष्य के ऊर्जा उपकरणों के लिए एक आशाजनक उम्मीदवार है, जो एक जीवित समाधान प्रदान करती है जो स्वाभाविक रूप से वास्तविक दुनिया की परिवर्तनशील और अक्सर कठोर स्थितियों के अनुकूल है।
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