Diện mạo các thành phố sẽ thay đổi ngoạn mục khi những cây phát sáng thay thế cột đèn trên các đường phố. >>> Cây phát sáng thay đèn >>> Đột phá công nghệ phát sáng nhân tạo Nghiên cứu khả năng phát sáng của vi khuẩn Vibrio fischeri . (Ảnh: Newscenter). Vô số loài sinh vật có khả năng phát sáng tron...
Diện mạo các thành phố sẽ thay đổi ngoạn mục khi những cây phát sáng thay thế cột đèn trên các đường phố.
Nghiên cứu khả năng phát sáng của vi khuẩn Vibrio fischeri.(Ảnh: Newscenter).
Vô số loài sinh vật có khả năng phát sáng trong tự nhiên, như đom đóm hay vi khuẩn Vibrio fischeri. Chúng có khả năng tạo ánh sáng nhờ một số gene đặc biệt trong cơ thể. Những gene này ra lệnh cho cơ thể sản xuất các enzyme tạo ánh sáng. Tuy nhiên, đa số sinh vật chỉ tạo ra loại ánh sáng yếu ớt nên con người không thể thấy.
Để tăng độ sáng của chúng, một nhóm sinh viên ngành di truyền của Đại học Cambridge tại Anh biến đổi gene tham gia vào quá trình tạo ánh sáng của đom đóm và vi khuẩn Vibrio fischeri. Sau quá trình biến đổi gene, lượng enzyme mà cơ thể sản xuất và khả năng tạo ánh sáng của enzyme đều tăng mạnh, Newscientist cho biết.
Nhóm sinh viên cấy những gene đã biến đổi vào Escherichia coli – vi khuẩn sống ký sinh trong ruột của con người và động vật máu nóng – để tạo ra nhiều loại ánh sáng có màu sắc khác nhau. Họ phát hiện ra rằng khi số lượng vi khuẩn tăng tới mức tương đương một chai rượu, ánh sáng mà chúng phát ra đủ mạnh để mắt người có thể cảm nhận.
Nếu các gene đột biến nói trên được cấy vào bộ gene của cây, chúng cũng sẽ phát ra ánh sáng.
Theo Sanderson, một thành viên trong nhóm nghiên cứu, nói rằng họ chưa tạo ra cây phát sáng, song thành quả của họ sẽ giúp ích cho nỗ lực tạo cây phát sáng trong tương lai.
Một trong những trở ngại của quá trình tận dụng vi khuẩn phát sáng là quá trình tạo ra ánh sáng phụ thuộc vào một nhóm hợp chất có tên luciferin. Những hợp chất này phát ra ánh sáng rồi biến thành oxyluciferin, loại chất không tạo ra ánh sáng. Để khắc phục trở ngại, nhóm nghiên cứu của Đại học Cambridge đã tìm ra một cách để giúp vi khuẩn tạo ra các enzyme có khả năng tái chế oxyluciferin thành luciferin.
Sanderson và các cộng sự dự đoán cây phát sáng sẽ mở ra nhiều ứng dụng to lớn trong tương lai. Chẳng hạn, chúng có thể thay thế những cột đèn đường trong đô thị. Khi cây thay thế cột đèn đường, lượng điện mà con người sản xuất sẽ giảm khiến mức độ ô nhiễm môi trường giảm theo. Để tăng lượng ánh sáng trên đường, người ta chỉ cần trồng thêm cây. Nếu cấy những gene phát sáng vào tảo, con người có thể dùng chúng để "tích trữ" ánh sáng mặt trời và sử dụng vào ban đêm. Các nhà khoa học còn tính tới việc dùng rác thải để kích thích quá trình tạo ánh sáng trong cây, nhờ đó rác sẽ trở thành nguyên liệu có ích.
Trong tương lai, những con đường đô thị có thể không còn được chiếu sáng chủ yếu bằng các cột đèn quen thuộc, mà bằng những hàng cây tự phát ra ánh sáng dịu mắt. Viễn cảnh này nghe giống một câu chuyện khoa học viễn tưởng, nhưng bắt nguồn từ nghiên cứu nghiêm túc về khả năng phát sáng vốn tồn tại trong nhiều sinh vật tự nhiên. Đom đóm và vi khuẩn Vibrio fischeri là hai ví dụ tiêu biểu, bởi cơ thể chúng sở hữu những gene đặc biệt, điều khiển quá trình sản xuất enzyme tạo ánh sáng. Tuy nhiên, phần lớn sinh vật phát sáng tự nhiên chỉ tạo ra ánh sáng rất yếu, khiến mắt người hầu như không thể nhận biết trong điều kiện thông thường.
Để tìm cách tăng cường hiện tượng này, một nhóm sinh viên ngành di truyền thuộc Đại học Cambridge tại Anh đã tập trung nghiên cứu các gene liên quan. Nhóm nghiên cứu lựa chọn những gene tham gia quá trình phát sáng của đom đóm và vi khuẩn Vibrio fischeri, sau đó tiến hành biến đổi chúng trong phòng thí nghiệm. Kết quả cho thấy lượng enzyme được cơ thể sản xuất tăng đáng kể, đồng thời khả năng tạo ánh sáng của những enzyme này cũng mạnh hơn trước. Thông tin do Newscientist công bố cho thấy nghiên cứu đã mở ra hướng tiếp cận đáng chú ý, dù cây phát sáng hoàn chỉnh vẫn chưa xuất hiện.
Sau biến đổi, các gene được đưa vào Escherichia coli, loài vi khuẩn thường sống ký sinh trong ruột người và nhiều động vật máu nóng. Nhờ cách thử nghiệm này, nhóm sinh viên tạo ra nhiều loại ánh sáng với màu sắc khác nhau, qua đó kiểm tra khả năng hoạt động của các gene mới. Họ phát hiện khi số lượng vi khuẩn tăng lên tương đương lượng chứa trong một chai rượu, ánh sáng phát ra đã đủ mạnh để mắt người cảm nhận. Phát hiện ấy cho thấy việc điều chỉnh gene có thể biến một cơ chế sinh học yếu ớt thành nguồn sáng dễ quan sát hơn trong những điều kiện phù hợp.
Nếu những gene đột biến được cấy vào bộ gene của cây, về nguyên tắc, cây cũng có thể sở hữu khả năng phát sáng tương tự. Sanderson, thành viên nhóm nghiên cứu, nhấn mạnh rằng họ chưa tạo ra cây phát sáng, nhưng kết quả hiện tại có thể hỗ trợ những nỗ lực trong tương lai. Con đường biến ý tưởng thành hiện thực vẫn còn trở ngại, đặc biệt vì quá trình phát sáng phụ thuộc vào nhóm hợp chất mang tên luciferin. Luciferin tạo ra ánh sáng trong một phản ứng hóa học, sau đó biến đổi thành oxyluciferin, chất không tiếp tục phát sáng.
Nếu nguồn luciferin bị tiêu hao, hệ thống sẽ nhanh chóng suy giảm hiệu quả, khiến việc duy trì ánh sáng ổn định trong sinh vật trở nên khó khăn. Để xử lý vấn đề, nhóm nghiên cứu Đại học Cambridge tìm ra phương án giúp vi khuẩn sản xuất các enzyme có khả năng tái chế oxyluciferin trở lại thành luciferin. Cơ chế tái chế này có thể giúp quá trình phát sáng kéo dài hơn, đồng thời giảm phụ thuộc vào việc liên tục bổ sung các hợp chất cần thiết. Theo dự đoán của Sanderson và các cộng sự, cây phát sáng trong tương lai có thể đem lại nhiều ứng dụng đáng kể cho đời sống đô thị.
Một trong những khả năng được nhắc tới là sử dụng cây phát sáng thay thế cột đèn đường, từ đó thay đổi rõ rệt diện mạo những thành phố hiện đại. Khi cây đảm nhận một phần nhiệm vụ chiếu sáng, lượng điện con người cần sản xuất có thể giảm, kéo theo khả năng giảm ô nhiễm môi trường. Muốn tăng độ sáng trên đường phố, con người chỉ cần trồng thêm cây phù hợp, thay vì lắp đặt thêm thiết bị chiếu sáng và mở rộng hệ thống điện. Các gene phát sáng còn có thể được đưa vào tảo, giúp con người hình dung một phương thức lưu giữ ánh sáng mặt trời ban ngày để sử dụng vào ban đêm.
Xa hơn, các nhà khoa học cũng tính tới việc tận dụng rác thải nhằm kích thích cây tạo ánh sáng, biến vật liệu bỏ đi thành nguyên liệu hữu ích.
