Att minska föroreningarna från gödselmedel gynnar ytterligare människors hälsa.
I en vinst för viktiga spannmålsgrödor har forskare utvecklat ett sätt att tillåta växterna att omvandla kvävgas från luften till gödningsmedel för att hjälpa dem att växa, som rapporterats av Interesting Engineering.
Metoden, som syftar till att placera en serie på minst sju gener i grödornas mitokondrier och kloroplaster, gör att spannmålsgrödor, som majs och ris, kan uppnå kvävefixering genom solljus utan att tillföra gödningsmedel.
För nästan 100 år sedan ledde Haber-Bosch-processen till en enorm ökning av den globala livsmedelsproduktionen genom att revolutionera omvandlingen av kväve i atmosfären till en form som möjliggjorde produktion av gödningsmedel i industriell skala.
Men trots massproduktionen av produkten förklarade IE att många områden, som Afrika söder om Sahara, fortfarande inte kan få det på grund av brist på infrastruktur. Detta område, och andra liknande det, har hög matbrist, en fråga som växer eftersom extremt väder ytterligare hotar de grödor som de kan odla.
Ironiskt nog, medan Haber-Bosch-processen har förhindrat masssvält, har den också ett stort koldioxidavtryck. Även om det tillåter att grödor massproduceras, bidrar det också till jordens överhettning, vars effekter hotar basprodukter.
Biokemisten Lance Seefeldt vid Utah State University berättade för publikationen att nästan 2 % av världens brunn med smutsig energi används för att producera gödningsmedel. Detta skadar inte bara miljön, utan gödselmedlet i sig är också skadligt, med giftigt avrinning som orsakar förödelse på vattenekosystemen.
För att hjälpa mycket kämpande områden och den övergripande globala livsmedelsförsörjningen, som är i riskzonen på grund av effekterna av stigande globala temperaturer, har Seefeldt och USU Senior Scientist Zhi-Yong Yang samarbetat i ett projekt med kollegor i Spanien och USA sedan tidigare fem år för att omstrukturera spannmålsgrödors biologi.
Till en början minskade de antalet gener som behövdes för kvävefixering till nio men blev senare förvånade över att finna att de kunde eliminera några som de från början ansåg vara kritiska.
"Målet är att placera gener i grödornas mitokondrier och kloroplaster, vilket gör det möjligt för dem att generera tillräckligt med energi för att driva kvävefixering," sa Yang till IE. "Detta är ett ganska coolt bevis. I grund och botten kan dessa baskalorigrödor - ris, majs och potatis - ha inbyggt gödningsmedel."
"Stycke för bit lär vi oss vilka gener och vilken kombination av gener som behövs för att uppnå kvävefixering i olika celler," sa Seefeldt. "Istället för att bara spela ett horn försöker vi få hela orkestern att spela tillsammans."
Förutom att tillhandahålla en lösning för att få slut på matbristen i mindre utvecklade och mindre tillgängliga områden, genom att eliminera behovet av giftiga gödselmedel för en stor delmängd av grödor, spelar processen en viktig roll för att hjälpa till att städa upp livsmedels- och jordbruksindustrin. Att minska föroreningarna från gödselmedel gynnar ytterligare människors hälsa.
Processen ger också fördelar utanför den här världen. IE rapporterade att Seefeldt och USU-kollegan Bruce Bugbee har samarbetat i NASA-finansierade ansträngningar för att undersöka hur man kan upprätthålla människoliv på långvariga rymduppdrag, inklusive resor till Mars.
