实验表明，在没有光合作用的情况下滋养植物可能成为可能——这种工具有朝一日可以帮助养活宇航员和拥挤的星球。
科幻小说想象未来的人们生活在火星的地下城市、挖空的小行星和远离太阳的自由漂浮空间站。但是，如果人类要在任何这些恶劣和陌生的环境中生存，他们将需要使用有限资源种植食物的方法——而光合作用，即植物将阳光转化为糖的非常成功但能源效率低下的过程，可能不会减少它.
现在，一些科学家想知道是否可以通过完全跳过光合作用并在黑暗中种植植物来更有效地生产食物。
这个想法听起来就像火星上的城市一样科幻。但是，一组外国研究人员已发表了一项研究，朝着实现这一目标迈出了第一步。研究表明，可以在黑暗中生长藻类、食用酵母和产蘑菇的真菌，方法是用一种叫做醋酸盐的碳基化合物滋养它们，这种化合物不是来自植物，而是使用太阳能制造的。科学家们希望这种方法，一种“人工光合作用”，可以开辟新的方法来生产食物，使用比传统农业更少的物理空间和能源——也许包括可以在黑暗中生长的作物。
虽然其他专家怀疑是否有可能如此彻底地重新设计植物生物学，但他们对研究人员发明的技术以及团队关于如何提高食品生产效率的开箱即用想法感到兴奋。
比大自然更有效率
除了一些极端环境，如深海温泉——由海底裂缝中冒出的硫化氢的化学能维持——地球上的所有生命都由太阳提供燃料。即使是像老虎和鲨鱼这样的顶级捕食者，也是复杂食物网的一部分，这些食物网可以追溯到植物，而在海洋中，则是微小的绿藻。这些所谓的初级生产者具有生物超能力：通过光合作用从二氧化碳中产生有机碳的能力，光合作用是一种由阳光驱动的生化过程。
但是，尽管光合作用对我们所知的生命至关重要，但它的效率并不高：实际上只有大约百分之一的落在植物上的阳光被捕获并用于制造有机碳。如果人类想要在太空中建立自我维持的存在，那么这种低效率将构成挑战，在太空中使用尽可能少的资源生产食物至关重要。
随着人口的增长，这也是当今地球上的一个问题，这给农民带来了从同一块土地上榨取更多卡路里的压力。
一些科学家认为，解决方案是对作物进行基因工程，以更有效地进行光合作用。这项新研究背后的研究人员提出了一些更不寻常的建议：用部分人工的过程代替生物光合作用，将阳光转化为食物。他们的过程是人工光合作用的一个版本，这个术语已经存在多年，包括将阳光、水和二氧化碳转化为液体燃料和甲酸盐、甲醇和氢气等化学品的各种方法。这项新研究背后的研究人员表示，他们的工作代表了人工光合作用系统首次与种植常见的粮食生产生物的尝试相结合。
他们的系统基于电解，或使用电流在称为电解器的设备内驱动化学反应。在他们最近的研究中，研究人员创建了一个两步太阳能电解系统，将二氧化碳和水转化为氧气和醋酸盐，这是一种简单的碳基化合物。
然后，将这种醋酸盐喂给莱茵衣藻，一种光合作用的绿藻。他们还将醋酸盐喂给营养酵母和产蘑菇的真菌——它们自身不会进行光合作用，但通常需要植物制造的有机碳才能生长。
所有这些生物都能够吸收醋酸盐并在黑暗中生长——独立于阳光或光合作用衍生的碳。
与光合作用相比，这个过程出奇地高效。使用人工光合作用，绿藻可以将太阳能转化为生物质的效率大约是作物使用生物光合作用的四倍。使用这种工艺培养的酵母的能源效率几乎是农作物的 18 倍。
这是使用人工路径与自然路径相比的主要优势之一。
在黑暗中种植农作物？
科学家们已经知道藻类 莱茵衣藻可以在黑暗中在醋酸盐上生长——这种生物体是一种混合营养生物，这意味着它可以在光合作用制造自己的食物或吃其他植物产生的有机碳之间来回切换。
科学家初步研究结果是令人鼓舞的。在黑暗中，研究人员在含有醋酸盐的液体悬浮液中培养莴苣组织，证实它可以吸收和代谢外部供应的碳源。
当他们在光照下种植整株莴苣（以及水稻、油菜、番茄和其他几种作物），但给它们补充醋酸盐时，他们发现这些植物将醋酸盐掺入了它们的组织中。带有重碳同位素（称为碳 13）的乙酸盐可以追溯到氨基酸和糖类中，这表明植物可以使用它来支持各种代谢过程。
然而，这项研究并没有表明整株植物可以在没有阳光的情况下完全在醋酸盐上生长——事实上，研究人员对生菜的实验表明，过多的醋酸盐实际上会抑制植物生长。实验室目前正在研究基因工程和培育植物，以提高对醋酸盐的耐受性。这对于团队的人工光合作用方法以显着方式支持植物生长和粮食生产是必要的。
深空食物
外星环境可能是研究人员首次应用技术的地方。人工光合作用是探索人类进入深空的重要技术，可以研究深空食物，人类在未来的太空飞行任务中会用到。虽许多技术细节需要首先解决，重量是一个关键考虑因素——人工光合作用可能需要将新设备（包括额外的太阳能电池板和电解槽）拖入太空。如何在太空或地球上应用重新设计光合作用等基本生物过程的任何努力都会改变人类的生存方式。
