Ще можем ли да произвеждаме храна от въздуха? Как мечтата от 20-те години на миналия век се сбъдва благодарение на микробната ферментация

Идеята за създаване на храна буквално от нищото – от въздух, вода и светлина – е стара колкото света и от векове вълнува умовете на философи, писатели фантасти и, разбира се, учени. Това е квинтесенцията на мечтата за изобилие: победа над глада, независима от капризите на времето, плодородието на почвата и географията. Преди един век тази мечта изглеждаше почти реална благодарение на пробивите в химията. Днес тя отново е на дневен ред, но пътят към осъществяването ѝ не е такъв, какъвто са си представяли родоначалниците на идеята. Това е историята на това как една блестяща научна концепция стига до задънена улица, отстъпвайки място на друга – не по-малко елегантна, но основана на напълно различни принципи.

„Градината на чудесата“ и призракът на фотосинтезата

През 20-те години на миналия век в Париж се разиграва истинска научна драма. В центъра ѝ е Даниел Бертло, син на известния химик Марселин Бертло. Баща му е истински титан на XIX век, човекът, който пръв синтезира органични вещества като мазнините и захарите от неорганични вещества и смело прогнозира, че до 2000 г. човечеството ще премине изцяло към изкуствена храна. Окуражен от успеха на баща си, Берто младши се опитва да направи следващата логична стъпка в своята лаборатория, наречена от журналистите „Градината на чудесата“: да възпроизведе фотосинтезата в промишлени условия.

Визията му е индустриална и романтична: огромни стъклени съдове, пълни с газове от атмосферата (въглерод, азот, водород), които под въздействието на мощни ултравиолетови лампи се съединяват и като „тих сняг“ се утаяват на дъното под формата на готови захари и нишестета.

Каква е основната грешка на Бертло и неговите съвременници? Те са подходили към фотосинтезата като към чисто химичен проблем. За тях това е било елегантно уравнение: вземете прости елементи, добавете енергия (светлина) и получете сложен продукт. Но фотосинтезата не е просто уравнение. Тя е невероятно сложна симфония от биохимични процеси, протичащи в живата клетка, усъвършенствана в продължение на милиони години еволюция. По онова време науката все още не е разбрала тънкостите на функционирането на хлорофила, нито каскадата от ензимни реакции, които са в основата на това чудо на природата. Бертлох се опитва да сглоби най-сложния механизъм, без да разполага с чертежите му, и успява да стигне само до синтеза на формамид – просто съединение, далеч от пълноценната храна. Мечтата му се сблъсква със стената на биологичната сложност.

Двата пътя към изобилието: оптимизация срещу съзиданието

Докато идеята за изкуствена фотосинтеза бавно избледнява, човечеството поема по друг, по-прагматичен път. В средата на 20-ти век Зелената революция, ръководена от агронома Норман Борлауг, предлага едно различно решение на проблема с храната. Вместо да създават храна от нулата, учените се съсредоточават върху максималното използване на вече наличните продукти. Подборът на високодобивни сортове, използването на торове и пестициди, както и подобрените земеделски техники позволиха значително да се увеличи производството на храни.

Това е път на интензификация, а не на съзидание. Той спаси милиони хора от глад, но също така доведе до своите проблеми: изчерпване на почвите, замърсяване и голяма зависимост от изкопаемите горива. Въпреки това в продължение на десетилетия той засенчи смелата мечта на Бертло. Идеята за производство на храна извън фермите изглеждаше само като красива утопия, докато технологиите не предложиха обходен път.

Биологичен „хак“: когато един микроб се превръща във фабрика

Съвременното възраждане на идеята за „храна от въздуха“ се дължи на промяна на парадигмата. Учените и инженерите престанаха да се опитват сляпо да копират природата. Вместо това те решиха да я „хакнат“, или по-точно да делегират най-трудната работа на някой, който вече знае как да я свърши – микроорганизмите.

Компании като финландската Solar Foods, американската Kiverdi или австрийската Arkeon Technologies по същество са осъществили мечтата на Бертлох, но са заменили хипотетичните му химически реактори с биореактори. В техните инсталации се извършва процес на микробна ферментация, а не на изкуствена фотосинтеза.

Процесът работи по следния начин: специална култура от микроорганизми се поставя в резервоар с вода. Тези едноклетъчни организми са истински шампиони по оцеляване, способни да се хранят не с органични вещества, а директно с газове. Биореакторът се захранва с въглероден диоксид (от въздуха), водород (получен от водата чрез електролиза) и азот. За микробите това е пълноценна храна. Те поглъщат тези прости вещества и, използвайки енергията, синтезират в себе си сложни органични съединения – предимно протеини, но също така мазнини и въглехидрати.

Всъщност човекът не е възпроизвел фотосинтезата. Той е опитомил микроб, който прави нещо подобно, и е създал идеалните условия за това. Полученият в резултат на това прах (като Solein от Solar Foods) е хранителен концентрат, който може да се добавя към тестените изделия, сладоледа и протеиновите пръчици. Това все още не е сочен домат, израснал от въздуха, но вече е пълноценен източник на протеини, произведен без ниви, пасища и почти без вода. Интересно е, че идеята за използване на микроби за създаване на храна в затворени системи не е нова – още през 60-те години на миналия век НАСА работи по нея за бъдещите космически мисии.

Нова алхимия или поредната утопия?

И така, какво имаме днес? От една страна, мечтата отпреди един век се е сбъднала: научихме се да произвеждаме храна от въздуха. От друга страна, не сме постигнали това чрез химичен синтез, а чрез биотехнологии. Този нов подход решава няколко проблема, които са затруднили първите ентусиасти. Той не изисква огромна енергия за протичане на сложните химични реакции и заобикаля необходимостта да се разбират тънкостите на фотосинтезата.

Потенциалът на тази технология е огромен. Производството на храни става независимо от климата и може да се прилага навсякъде, дори в пустинята, дори в Арктика. Тя може да оползотворява излишния CO₂ от атмосферата, като превръща парниковия газ в ценен ресурс.

Но както всяка революционна идея, и тази има своите „но“. Колко енергоемък е този процес в промишлен мащаб? Готов ли е потребителят за „микробен протеин“? Ще може ли такава храна да замени цялото разнообразие от естествени продукти?

Само времето ще даде отговор на тези въпроси. Но историята на Бертлох и неговите съвременни последователи ни дава един важен урок: понякога, за да се реши стар проблем, е необходимо не да се подхожда челно, а да се намери нов, напълно неочакван подход. Вековната мечта за храна от въздуха е все още жива. Само че сега тя се задвижва не от ултравиолетови лампи, а от милиарди невидими за окото микроскопични фабрики.