Mit der globalen Erwärmung, die zu einem Anstieg der Meerestemperaturen führt, sterben die Korallenriffe auf der ganzen Welt. Die empfindlichen Riffe sind besonders anfällig für kleine Änderungen der Durchschnittstemperatur und des Salzgehalts. Wenn sie sterben, kann dies auch eine Katastrophe für die vielen Meere bedeutenOrganismen, die die Riffe zu Hause nennen. Dies hat die Forscher dazu veranlasst, verschiedene Lösungen zu finden, und eine der vielversprechendsten ist möglicherweise das Drucken von 3D-Ersatzriffen.
Während 3D-gedruckte Korallen die lebenden Korallen nicht zurückbringen können, könnte dies dazu beitragen, einige der Ökosysteme, die die Riffe nutzen, wiederzubeleben. Ihre Hauptverwendung könnte jedoch das Wachstum von sein. marine Biokraftstoffe .
Die Bedeutung von Korallen
Korallen bilden einen Hauptbestandteil einer Reihe tropischer mariner Ökosysteme. Ohne ihre Anwesenheit brechen die Nahrungsketten in diesen Systemen zusammen. Beispielsweise leben bestimmte Arten von Mikroalgen in einer symbiotischen Beziehung zu Korallen. Die Korallen bilden eine Oberfläche für dieMikroalgen wachsen, und im Gegenzug produzieren die Algen Nahrung für die Koralle.
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Diese Mikroalge ist zufällig auch ein energiereicher Biokraftstoff.
Dies hat inspiriert Dr. Daniel Wangpraseurt , von der Universität Cambridge, um eine künstliche Korallenstruktur zu entwickeln, auf der die Algen wachsen können, damit sie zur Erzeugung von Biokraftstoff geerntet werden können.
"Korallen sammeln und verwenden Licht sehr effizient. In unserem Labor suchen wir nach Methoden, um diese Strategien aus der Natur für kommerzielle Anwendungen zu kopieren und nachzuahmen.
Co-Forscher von Dr. Wangpraseurt Dr. Silvia Vignolini , hatte dies über das Projekt zu sagen :
"Wir haben ein künstliches Korallengewebe und -gerüst mit einer Kombination aus Polymergelen und Hydrogelen entwickelt, die mit Cellulose-Nanomaterialien dotiert sind, um die optischen Eigenschaften lebender Korallen nachzuahmen. Cellulose ist ein reichlich vorhandenes Biopolymer; es kann hervorragend Licht streuen und wir haben es zur Optimierung verwendetdie Abgabe von Licht in photosynthetische Algen. "
Beide Forscher versuchen, das Wachstumspotential der genannten Mikroalgen zu maximieren. Marinichlorella kaistiae. Diese besondere Alge produziert Fettsäuren, die unglaublich energiereich sind. Die Algen wachsen weiter Pocilloporidae Korallen, daher hat das Team diese Korallen 3D-gescannt, um einen Entwurf für die 3D-gedruckten Korallenformen zu entwickeln.
Die Entwicklung künstlicher Korallen
Genauer gesagt sammelt und fokussiert die schalenförmige Form der Koralle Licht in Bereichen, in denen die Algen wachsen. Insbesondere kann die Koralle die blauen und orangefarbenen Wellenlängen des Lichts, die die Algen für die Photosynthese benötigen, effizient fokussieren.
"Durch Kopieren des Mikrohabitats des Wirts können wir unsere bioprintierten 3D-Korallen auch als Modellsystem für die Korallen-Algen-Symbiose verwenden, die dringend benötigt wird, um den Zusammenbruch der Symbiose während des Korallenriffabfalls zu verstehen." sagte Wangpraseurt. "Es gibt viele verschiedene Anwendungen für unsere neue Technologie.
Wir haben kürzlich ein Unternehmen namens Mantaz gegründet, das von Korallen inspirierte Lichtsammelansätze verwendet, um Algen für Bioprodukte in Entwicklungsländern zu kultivieren. Wir hoffen, dass unsere Technik skalierbar ist, damit sie einen echten Einfluss auf den Algen-Biosektor haben kannletztendlich die Treibhausgasemissionen reduzieren, die für den Tod von Korallenriffen verantwortlich sind. "
Wie Dr. Wangpraseurt feststellte, ist das Algenwachstum nicht nur gut für die Biokraftstoffproduktion, sondern auch ein Hauptverbraucher von Treibhausgase . Wenn Sie einen Weg finden, die Algenproduktion zu skalieren, könnte a massiver Kohlefilter für die Umgebung.
Eines der größten Probleme der Forscher ist, dass die Marinichlorella die Mikroalgen sterben ab, während sie von ihrer Wirtskultur auf die künstlichen Korallen übertragen werden. Durch eine einzigartige Bioprinting-Technik konnten die Forscher die Algen jedoch während des Herstellungsprozesses auf die Oberfläche der neuen gefälschten Koralle pflanzenselbst.
Ein weiterer Vorteil der künstlichen Koralle besteht darin, dass sie eine besser wachsende Oberfläche für die Algen bietet als die echte Koralle. Die Forscher konnten die künstlichen Korallenformen so konstruieren, dass sie das Licht effizienter einfangen und eine photonenreichere Umgebung für die Koralle bietenAlgen wachsen.
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Im Vergleich zur natürlichen Koralle lassen die neuen Korallenstrukturen die Mikroalgen wachsen. 100 Mal schneller und in einer dichteren Matte als in jedem anderen Gebiet, in dem sie kultiviert wurden, sowohl im Labor als auch im Meer.
Das derzeit größte Problem für das Team ist die Skalierbarkeit. Wenn Sie mit dem Prozess der additiven Fertigung vertraut sind, werden Sie wahrscheinlich feststellen, dass dies nicht das beste System für die Massenproduktion ist. In diesem Fall hat das Team jedoch keine andere OptionSie hoffen, dass neue Innovationen im Bereich der additiven Fertigung ihnen helfen werden, ihren Produktionsprozess auf der ganzen Linie weiter zu beschleunigen.
Ihre Forschung ist veröffentlicht in Naturkommunikation .