Автори: Charles H. Greene, Ph.D. Celina M. Scott-Buechler
Стаття від: 9 жовтня 2023 року
Індустрія аквакультури на основі морських мікроводоростей може мати як харчові, так і екологічні переваги в порівнянні з різними сучасними системами виробництва продуктів харчування.
Автори обговорюють потенціал трансформації морської аквакультури знизу вгору для сталого майбутнього і стверджують, що індустрія аквакультури на основі морських мікроводоростей може мати переваги з точки зору харчової та екологічної сталості порівняно з різними сучасними системами виробництва продуктів харчування. Фото Jaime Neto, via Wikimedia Commons.
Оскільки до 2050 року населення світу наблизиться до 10 мільярдів осіб, світове виробництво продуктів харчування має зрости більш ніж на 50 відсотків, щоб задовольнити прогнозований попит людства на продукти харчування. Наразі наземне сільське господарство є основою глобальної системи виробництва продовольства. Однак потенціал традиційного сільського господарства для подолання прогнозованого розриву в харчуванні в середині століття буде обмежений його негативним впливом на клімат, землекористування, прісноводні ресурси та біорізноманіття.
Якщо ми звернемося до океану, щоб спробувати закрити цей дефіцит поживних речовин, то одразу ж зіткнемося з усвідомленням того, що більшість рибних запасів вже повністю експлуатуються або надмірно експлуатуються. Збільшення виробництва за рахунок поточних методів аквакультури є одним з варіантів, але іншим потенційним рішенням проблеми виробництва продуктів харчування, яке може мати переваги як з точки зору харчування, так і з точки зору екологічної сталості, було б зміщення акценту аквакультури вниз по морському харчовому ланцюгу на мікроводорості.
Ця стаття – адаптація та узагальнення оригінальної публікації (Greene, C.H. and C.M. Scott-Buechler. 2022. Algal solutions: Transforming marine aquaculture from the bottom up for a sustainable future. PLoS Biol 20(10): e3001824) – репрезентує перспективу того, що зміщення фокусу морської аквакультури вниз харчовим ланцюгом на водорості може допомогти задовольнити прогнозовані глобальні потреби в харчуванні, одночасно покращуючи загальну екологічну сталість і здоров’я океану.
Переваги мікроводоростей
Будучи великою поліфілетичною (таксономічні групи, які мають схожі ознаки, що походять від однієї або декількох предків) групою з багатьма невивченими видами, мікроводорості є потенційно значним, здебільшого невикористаним джерелом високоякісного харчування. Оскільки багато видів мікроводоростей містять білок, що перевищує 40 відсотків їхньої сухої маси, мікроводорості, як правило, є кращим джерелом харчового білка та незамінних амінокислот, ніж наземні рослини. Крім того, вони забезпечують певні мікроелементи, включаючи вітаміни, антиоксиданти, омега-3 поліненасичені жирні кислоти та мінерали, які важко отримати з інших джерел харчування.
Подібно до сої, білкові порошки з мікроводоростей можуть бути включені в ланцюги постачання для виробництва молочних і м’ясних замінників, а також макаронних і хлібобулочних виробів. Найважливіше те, що завдяки своїй високій продуктивності, яка зазвичай на 1-2 порядки перевищує продуктивність наземних рослин, морські мікроводорості, що культивуються в наземних аквакультурних об’єктах, мають потенціал для задоволення всього світового попиту на білок, який прогнозується до 2050 року.
Рис. 1: Можливості для світової індустрії аквакультури морських мікроводоростей. (А) Глобальна карта потенціалу виробництва біомаси наземних мікроводоростей на основі даних про сонячну інсоляцію та моделі росту водоростей, модифікована з [2]. Сонячна інсоляція обмежує вищий потенціал продуктивності нижчими широтами [тобто якнайближче до екватору]. (B) Глобальна карта потенціалу виробництва білка з наземних мікроводоростей, обмежена різними екологічними та фінансовими міркуваннями, модифікована з [2]. Недорогий доступ до морської води обмежує можливості аквакультури морських мікроводоростей відносно вузькою смугою вздовж узбережжя. (C) Ілюстрація об’єктів аквакультури морських мікроводоростей, розташованих уздовж прибережної пустельної рівнини, модифікована з [5]. https://doi.org/10.5670/oceanog.2016.91
З точки зору загальної екологічної сталості, оскільки вирощування морських мікроводоростей на суші не потребує ґрунту, зрошення та внесення добрив у відкритому ґрунті, індустрія аквакультури на основі морських мікроводоростей не повинна конкурувати з сільським господарством за орні землі та прісну воду, а також не призводити до змиву добрив і подальшого евтрофування прісноводних і морських екосистем. Крім того, зменшуючи вплив сільського господарства на орні землі та прісну воду, така індустрія аквакультури може зменшити тиск на вирубку лісів, особливо в тропічних лісах Південно-Східної Азії та Амазонії, що потенційно може призвести до глобального скорочення викидів парникових газів та втрати біорізноманіття на суші.
Вигоди для здоров’я океану
Індустрія аквакультури на основі морських мікроводоростей також має потенціал для зменшення деяких з найбільших загроз для здоров’я океану. Антропогенні викиди вуглекислого газу (CO2) становлять найбільшу довгострокову загрозу для екосистем Світового океану.
Потепління за рахунок парникових газів збільшує інтенсивність, частоту і тривалість морських теплових хвиль у верхніх шарах океану. У свою чергу, ці морські теплові хвилі призводять до знебарвлення коралів, спалахів морських хвороб і зміщення ареалів видів. Глибше в океані потепління призводить до деоксигенації та розширення зон кисневого мінімуму, що є згубним для організмів з аеробним метаболізмом. І, нарешті, стрімке зростання концентрації CO2 в атмосфері спричиняє підкислення океану, яке наразі має найбільший вплив на холодні високоширотні морські екосистеми, але до кінця 21-го століття вплине на всі екосистеми верхніх шарів океану.
Як частина нової морської циркулярної біоекономіки, розвиток індустрії аквакультури на основі морських мікроводоростей може зменшити ці загрози за рахунок скорочення викидів CO2 та посилення зусиль з поглинання CO2. Зміни у землекористуванні, пов’язані з переміщенням частини нашої системи виробництва продуктів харчування від наземного сільського господарства до аквакультури на основі мікроводоростей, можуть значно знизити глобальні викиди CO2. Крім того, викиди можна ще більше скоротити, використовуючи мікроводорості для виробництва палива та інших продуктів, які зараз отримують з нафти.
Однак для отримання повної вигоди від такого скорочення викидів буде критично важливо, щоб CO2, який використовується в процесі вирощування, надходив з атмосфери, а не з викопних джерел. Це не так просто, як здається. При оптимальному зростанні мікроводорості поглинають іонні форми СО2 швидше, ніж вони можуть бути заміщені дифузією газу СО2 через поверхню розділу повітря-вода у відкритих системах культивування. Це означає, що CO2 необхідно додавати незалежно від того, чи система культивування включає відкриті водойми або закриті фотобіореактори. На сьогоднішній день CO2 є більш доступним і дешевшим, коли його отримують з викопних джерел. Для того, щоб зробити CO2, отриманий з атмосфери, економічно життєздатною альтернативою, будуть потрібні інновації.
Кілька досліджень припустили, що отримання необхідного CO2 може бути досягнуто шляхом інтеграції установок для вирощування мікроводоростей з прямим уловлюванням повітря (DAC) або біоенергетики з технологіями уловлювання та зберігання вуглецю.
Сучасні підходи до використання DAC є надто дорогими для цієї мети; однак інтеграція DAC з концентрованою сонячною енергією або іншими новими технологіями відновлюваної енергетики може забезпечити економічно ефективний підхід для одночасного виробництва високоцінної товарної продукції, генерації електроенергії та уловлювання CO2.
Більш стале рибальство
Крім того, індустрія аквакультури на основі морських мікроводоростей може підвищити сталість рибальства. Така індустрія може не лише зменшити тиск на надмірну експлуатацію диких запасів для споживання людиною, але й зменшити попит на рибне борошно та риб’ячий жир, що використовуються в аквакормах для сучасної індустрії аквакультури, в якій переважають (за обсягами) риби та молюски..
Виробництво замінників рибного борошна та риб’ячого жиру з морських мікроводоростей може потенційно зменшити глобальний вилов риби на 30% і створити глобальну ринкову вартість, що наближається до 6,5 мільярдів доларів США щорічного чистого доходу. Цей потенційний дохід від аквакормів відповідатиме 2,6 відсоткам сьогоднішньої ринкової вартості світової індустрії морепродуктів, демонструючи, що аквакультура на основі морських мікроводоростей може стати корисною для бізнесу, а також для харчування людей і здоров’я океану.
Перспективи
Незалежно від своїх потенційних харчових та екологічних переваг, індустрія аквакультури на основі морських мікроводоростей повинна буде кинути виклик існуючим галузям харчового сектору за частку ринку. Фінансові труднощі, з якими зіткнеться ця нова галузь, будуть жорсткими, оскільки вона повинна відповісти на цей виклик до того, як її технології стануть повністю зрілими і до того, як вона зможе досягти всіх переваг масштабу.
Позитивним моментом є те, що це ті самі проблеми, з якими зіткнулися і які подолали галузі сонячної та вітрової енергетики на початку свого становлення. Фінансові інвестиції та ринкові стимули, що надаються урядами, можуть допомогти зменшити цю “зелену премію”, поки не будуть вирівняні умови гри. Майбутня роль рішень на основі водоростей у досягненні глобальної продовольчої безпеки та екологічної сталості буде залежати від дій, що вживаються урядами сьогодні.
Посилання на оригінал статті: Potential for transforming marine aquaculture from the bottom up for a sustainable future
