ریـز جلبـک‌هـا، زمین، موجودات و تـــجــــارت(قسمت اول)
دکتر علی چوپانی دکترای تخصصی زیست‌شناسی سلولی و مولکولی گرایش بیوشیمی:
جلبک‌های میکروسکوپـی یا ریـز جلبک‌هـا (Microalgae)، از قـدیـمـی‌تـرین سـاکـنـان اقیانوس‌ها و آب‌های شیرین می‌باشند، خلقت آن‌ها نه‌تنها به میلیاردهـا سال قبل از تاریخ حیات بشـر برمی‌گردد، بلکه پیش از تمـامی گونه‌های جـانوری و گیاهی می‌زیسته‌اند و هم‌اکنـون در طبیعت پیرامون مـا وجود داشته و نقش بسیار مهم و کلیدی را در اکوسیستم ایفا نموده و در دسترس هستند. این مـوجودات دارای تاریخچـه‌ای بـاستـانی هستند که ردپایی را در 3.4 میلیارد سال پیش از خـود بر جـای گذاشتنـد، یعنـی زمانـی که فسیل‌های قدیمی‌تریـن آن‌ها شنـاخته شده، متعلق به گروه سیانوباکتری‌ها در صخـره‌های استرالیای غربی کشف شد.
مطالعات نشـان می‌دهند که سـاختار تاکنون بدون تغییر باقی‌مانده است و مهم نیست که چقـدر ابتـدایی هستند، آن‌ها هنوز اشکال پیچیده و ماهرانه سازمان‌یافته زندگی را نشان می‌دهند. با این وجود، گزارش‌های دیگر تخمین می‌زنند که زمان واقعی تکامل سیانوباکتری‌ها نزدیک به 2.7 میلیارد سال پیش است. آن‌ها جلبـک‌های میکروسکوپی هستنـد که در آب‌های شیرین و دریا یافت می‌شوند. این جلبک‌ها گونه‌های تک‌سلولی هستند که به‌صـورت تکی، زنجیـره‌ای یـا گروهـی زندگـی می‌کنند. انـدازه ریـز جلبک‌ها متغیـر است و از چنـد میکرومتر تا چند صد میکرومتر می‌تواند باشد.
توانایی فتوسنتز دارند و نقش مهمی در چرخه حیات کره زمین ایفا می‌کنند. به‌طور میانگین، نصـف اکسیـژن موجـود در اتمسفـر را تولیـد می‌کنند. تنوع زیستی در آن‌ها بسیار زیاد است و تعداد گونه‌های آن‌ها حدود 200,000 تا 800,000 گونه تخمین زده شده است. از این تعداد، تاکنون حـدود 50,000 گـونه به‌طـور کامـل شناسایـی شده‌اند. دانشمندان معتقدند این موجودات ممکن است زندگی ما را، از مواد غذایی و درمـانی گرفته تا آراستگی ظاهری به‌کلی متحول کنند. پیش‌شرط این تحول، تولید این ریز موجودات با خصوصیـات منـاسب و در ابعاد انبوه است.
امروزه بهره‌برداری از جلبک‌ها در ابعاد صنعتی، کشـاورزی، دارویـی و غـذایی ابـعـاد بسیـار گستـرده‌ای یافته و فنّاوری مدرن برای تولید و بهره‌برداری از جلبک‌ها در کشورهای صنعتی و پیشرفته جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد. روش‌های کشت ریز جلبک‌ها به مجموعه‌ای از فـن‌ها و روش‌هـایی گفتـه می‌شـود کـه بـرای کشت و پرورش به‌صـورت ریز و دقیق استفاده می‌شود. این روش‌ها شامل انتخاب مناسب محیط کشت، تهیه و انتخاب مناسب غذاها، تنظیم نور، دما و دیگر عوامل محیطی موردنیاز برای رشد بهتر جلبک‌ها می‌باشد.
دو روش فتـوتروفیک و هتـروتروفیک اساس روش‌های کشت را تشکیل می‌دهند. در کشت فتوتروفیک که معمول‌ترین نوع کشت ریز جلبک است، ریز جلبک از فرایند فتوسنتز برای رشد خود استفاده می‌کند. تحت این شـرایط، ریز جلبک برای رشد به یک منبع نور که تـأمین‌کننده انرژی موردنیاز جهت رشـد است، منبـع کربـن غـیر ارگانیـک کـه از دی‌اکسید کربن هـوا و یا نمک بی‌کربنات سدیم تأمین می‌شود استفاده می‌کند.
در این فرآیند میزان مواد معدنی موجود در محیط کشت به‌عنوان یک عامل محدودکننده جهت رشد محسوب می‌شود. در کشت هتـروتروفیک منبـع کربـن ارگانیک به‌عنـوان تأمین‌کننده انرژی و منبع تغذیه برای ریز جلبک مورد استفاده قرار می‌گیرد. مزیت این شرایط نسبت به شرایط فتوتروفیک، عدم نیاز به منبـع نوری و عدم وقوع مشکلاتی که تحت شرایط فتوتروفیک ممکن است رخ بدهد همچون نور رسانی نامناسب و نرسیدن نور به‌صورت همگن به‌تمامی نقاط کشت، است.
طبق نتایج به دست آمده از مراجع مختلف کشت در حالت هتروتروفیک میزان تولید زیست‌توده را در حدود 20 برابر افزایش می‌دهد. مشکلات روش کشـت هتـروتروفیـک، آلـودگی بـالای آن نسبت به کشـت اتوتروفیک و هـزینه اضافی جهت تأمین منبع کربنی ارگانیک که این روش را برای استفاده در صنعت نامناسب می‌کند، است. بعضی مواقع با ترکیب هردو روش هم کشت انجام می‌شود. این روش‌ها در محیط باز در استخرهای مخصوص و در محیط بسته در فتوبیوراکتورهایی با طراحی مناسب قابل‌اجرا هستند. تصویر شماره 2 تعدادی از این روش‌ها را نشان می‌دهد.
تحقیقات فعال بر روی ریز جلبک‌ها در کشورهای غربی در اوایل دهه 1950 آغاز شد، زمانی که سامانه‌های رشـدی که امکان تولیـد آن‌ها را در مقیاس آزمایشگاهی و صنعتی برای اولین بار ایجاد کردند. از زمـان این آثـار پیشگام، تحقیقـات به‌تدریج افزایش یافته، متنـوع شـده و در سـراسر جهان گسترش یافته است. تـلاش تحقیقـاتی کنـونی عمـدتاً به جـداسازی سویه‌های جدید، مشخص کـردن اکو فیزیولوژی و متـابـولیـت‌هـای ریـز جلبـک‌ها، مـدل‌سـازی بهـره‌وری آن‌ها، کنتـرل و بهبـود تولید ترکیبات با ارزش افزوده بالا و توسعه کاربردهای پایدار و نوآورانه اختصاص دارد.
نقش ریز جلبک‌ها در محیط‌زیست در دو دهه گذشته، تحقیقات در مورد ریز جلبک‌ها، با افزایش کاربردهای ناشی از کاهش ذخایر سوخت‌های فسیلی، افزایش متعاقب قیمت نفت و نگرانی‌های گرمایش جهانی، مسیر جدیدی را آغاز کردند. این مشکلات چشمگیر جهان را مجبور می‌کند تا با پیشنهاد مواد اولیه تجدید پذیر جایگزین و افزایش تحقیقات در مورد سوخت‌های زیستی نسل سوم، استراتژی‌های جدید جهانی، برای کاهش دی‌اکسید کربن پیدا کند.
در این زمینه، ریز جلبک‌ها امروزه به‌عنوان یک منبع انرژی پایدار و امیدوارکننده در نظر گرفته می‌شوند، زیرا ظرفیت آن‌ها برای انباشته کردن مقادیر زیادی لیپید، مناسب برای تولید بیودیزل است که عملکردی بسیار شبیه به سوخت‌های فسیلی و نفت دارد. انتشار گازهای گلخانه‌ای عمدتاً CO2 ناشی از سوزاندن سوخت‌های فسیلی عامل اصلی گرمایش جهانی است. سوخت‌های فسیلی مسئول انتشار 29 گیگا تن آلودگی در سال و با مجموع 35.3 میلیارد تن CO2 تاکنون هستند. ویژگی‌های سودمند سوخت‌های زیستی تولید شده از زیست‌توده تجدید پذیری و سهم کمتری در آلودگی محیط‌زیست و گرم شدن کره زمین است.
رشد سریع جمعیت جهان به‌طور مداوم تقاضای جهانی برای انرژی سوخت را افزایش می‌دهد. استفاده شدید از سوخت‌های فسیلی در سراسر جهان منجر به تخلیه آن می‌شود و به دلیل ماهیت ناپایدار و تجدید ناپذیر آن‌ها را به نقطه فرسودگی نزدیک می‌کند؛ بنابراین، سوخت‌های زیستی در حال حاضر به‌عنوان جایگزینی برای سوخت‌های فسیلی، فرصتی رو به رشد در سراسر جهان هستند. برخـی از کشـورهای توسعـه یافته در حال حاضـر سوخت‌های زیستـی را در سطح تجاری تولید می‌کنند.
سـوخت‌های زیستی مانند بیـودیزل و بیواتانول سوخت‌های جـایگزین عالی هستنـد و می‌توانند از چندین منبع زیست‌توده مانند محصولات غذایی، ضایعات یا میوه‌ها، بخش‌های چوبی گیاهان، زباله‌ها و ریز جلبک‌ها تولید شوند. ریز جلبک‌ها توانایی قابل‌توجهی در تبدیل CO2 اتمسفر به محصولات مفیدی مانند کربوهیدرات‌ها، لیپیدها و سایر متابولیت های زیست فعال دارند. به‌عنوان سوخت‌های زیستی، آن‌ها با توجه به هزینه، تجدید پذیری و نگرانی‌های زیست‌محیطی، جایگزین مناسبی برای سوخت‌های فسیلی مایع هستند.
