В поисках инженерного климата

Sep 29, 2023

Стартап из Кремниевой долины хочет заставить деревья поглощать больше углерода и охлаждать климат. Это отличное климатическое решение или сплошная шумиха?

Пятьдесят три миллиона лет назад на Земле было намного теплее, чем сегодня. Даже Северный Ледовитый океан был теплым при температуре 50 °F — почти тропическая среда, похожая на Флориду, с покачивающимися пальмами и бродячими крокодилами.

Затем мир, казалось, перевернулся. Количество углерода в атмосфере резко упало, и все начало охлаждаться до сегодняшних условий «ледяного дома», а это означает, что ледники могут сохраняться далеко за пределами полюсов.

Что послужило причиной этих изменений, на протяжении десятилетий было неясно. В конце концов, ученые, бурившие арктические илы, обнаружили потенциальную зацепку: слой окаменевших пресноводных папоротников толщиной до 20 метров. Это место предположило, что Северный Ледовитый океан, возможно, какое-то время был покрыт обширными матами мелколистных водных папоротников Azolla. Азоллы являются одними из самых быстрорастущих растений на планете, и ученые предположили, что если бы такие папоротники покрывали океан, они могли бы потреблять огромное количество углерода, помогая очистить атмосферу от парниковых газов и тем самым охладить планету.

Патрик Меллор, палеобиолог и технический директор биотехнологического стартапа Living Carbon, видит урок в истории об этих миниатюрных папоротниках: фотосинтез может спасти мир. Однако определенные случайные обстоятельства, похоже, помогли Азоллам выжить. Расположение континентальных плит в то время означало, что Северный Ледовитый океан был в основном замкнутым, как огромное озеро, что позволяло тонкому слою пресной речной воды собираться на его поверхности, создавая условия, необходимые папоротникам. И что особенно важно, когда каждое поколение папоротников умирало, они оседали в более соленой воде, которая помогала ингибировать гниение, не позволяя микробам высвободить накопленный папоротниками углерод обратно в атмосферу.

Меллор говорит, что мы не можем ждать миллионы лет, пока подходящие условия вернутся. Если мы хотим, чтобы растения снова спасли климат, мы должны подтолкнуть их к этому. «Как нам спланировать антропогенное событие Азоллы?» он говорит. «Это то, что я хотел сделать».

В компании Living Carbon Меллор пытается создать деревья, которые растут быстрее и поглощают больше углерода, чем их естественные собратья, а также деревья, которые устойчивы к гниению и не допускают попадания этого углерода в атмосферу. В феврале, менее чем через четыре года после того, как он стал соучредителем, компания попала в заголовки газет, посадив свои первые тополи с «улучшенным фотосинтезом» в полосе пойменных лесов в Джорджии.

Это, несомненно, прорыв: это первый лес в Соединенных Штатах, в котором растут генетически модифицированные деревья. Но мы еще многого не знаем. Как эти деревья повлияют на остальной лес? Как далеко распространятся их гены? И насколько они на самом деле хороши в извлечении большего количества углерода из атмосферы?

Компания Living Carbon уже продала углеродные кредиты за свой новый лес отдельным потребителям, заинтересованным в оплате некоторых собственных выбросов парниковых газов. Они работают с более крупными компаниями, которым планируют предоставить кредиты в ближайшие годы. Но ученые, изучающие здоровье лесов и фотосинтез деревьев, задаются вопросом, смогут ли деревья поглощать столько углерода, сколько рекламируется.

Даже Стив Штраус, известный генетик деревьев из Университета штата Орегон, который некоторое время входил в научный консультативный совет Living Carbon и проводит полевые испытания для компании, за несколько дней до первой посадки сказал мне, что деревья могут расти не так хорошо, как естественные тополя. . «Я немного в замешательстве, — сказал он, — что они продолжают заниматься этим — всеми связями с общественностью и финансированием — в отношении чего-то, о чем мы не знаем, сработает ли это».

Корни идеи

При фотосинтезе растения извлекают углекислый газ из атмосферы и используют энергию солнечного света для превращения его в сахара. Они сжигают часть сахара для получения энергии, а часть используют для создания большего количества растительного вещества — хранилища углерода.

Исследовательская группа из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне ускорила этот процесс, опубликовав свои результаты в начале 2019 года. Они решили проблему, связанную с RuBisCO, ферментом, который многие растения используют для улавливания атмосферного углерода. Иногда фермент случайно связывается с кислородом — ошибка, которая приводит к образованию чего-то вроде токсина. Когда растение перерабатывает этот материал, оно должно сжечь часть своих сахаров, тем самым высвобождая углерод обратно в небо. Четверть или более углерода, поглощаемого растениями, может быть потрачено впустую в ходе этого процесса, известного как фотодыхание.