การใช้สาหร่ายขนาดเล็กเพื่อการดูดซับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นหัวข้อที่น่าสนใจและมีความสำคัญในปัจจุบัน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและการเพิ่มขึ้นของก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศ การวิจัยในด้านนี้มีเป้าหมายเพื่อหาวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการลดปริมาณ CO2 ในบรรยากาศและช่วยลด
ผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเป็นปัญหาที่สำคัญและเร่งด่วนในปัจจุบัน การเพิ่มขึ้นของก๊าซเรือนกระจก โดยเฉพาะก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้เกิดภาวะโลกร้อนและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การหาวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการลดปริมาณ CO2 ในบรรยากาศจึงเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างยิ่ง หนึ่งในวิธีการที่ได้รับความสนใจมากขึ้นในช่วงหลายปีที่ผ่านมา คือการใช้สาหร่ายขนาดเล็ก (Microalgae) เพื่อการดูดซับ CO2

คุณสมบัติของสาหร่ายขนาดเล็ก

สาหร่ายขนาดเล็กเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีความหลากหลายทางชีวภาพสูง มีทั้งชนิดที่เป็นเซลล์เดียวและหลายเซลล์ สาหร่ายขนาดเล็กสามารถเจริญเติบโตได้ในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย เช่น น้ำจืด น้ำเค็ม และน้ำกร่อย นอกจากนี้ยังสามารถเจริญเติบโตได้ในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นของ CO2 สูง ซึ่งทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการใช้ในการดูดซับ CO2 สาหร่ายขนาดเล็กมีการเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วและสามารถเพิ่มจำนวนได้หลายเท่าในเวลาเพียงไม่กี่วัน นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการปรับตัวต่อสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย ทำให้สามารถใช้ในการดูดซับ CO2 ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ

กระบวนการดูดซับ CO2

กระบวนการดูดซับ CO2 โดยสาหร่ายขนาดเล็กเริ่มต้นจากการดูดซับ CO2 จากบรรยากาศหรือจากแหล่งน้ำที่มี CO2 สูง สาหร่ายจะใช้ CO2 ในกระบวนการสังเคราะห์แสงเพื่อผลิตออกซิเจนและสารชีวมวล กระบวนการนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดปริมาณ CO2 ในบรรยากาศ แต่ยังช่วยเพิ่มปริมาณออกซิเจนในบรรยากาศอีกด้วย

กระบวนการสังเคราะห์แสงของสาหร่ายขนาดเล็กมีขั้นตอนที่ซับซ้อนและเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานแสงในการเปลี่ยน CO2 และน้ำให้เป็นกลูโคสและออกซิเจน สาหร่ายขนาดเล็กมีคลอโรฟิลล์ที่ช่วยในการดูดซับพลังงานแสงและใช้ในการสังเคราะห์แสง นอกจากนี้ยังมีสารสีอื่นๆ ที่ช่วยในการดูดซับแสงในช่วงความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน ทำให้สามารถใช้พลังงานแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงของสาหร่าย

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง (Photosynthesis) เป็นกระบวนการที่สาหร่ายใช้ในการเปลี่ยนพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี โดยใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และน้ำ (H2O) เป็นวัตถุดิบหลักกระบวนการนี้เกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ (Chloroplast) ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ที่มีคลอโรฟิลล์ (Chlorophyll) ซึ่งเป็นสารสีเขียวที่ช่วยในการดูดซับพลังงานแสง

กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงแบ่งออกเป็นสองขั้นตอนหลัก คือ ปฏิกิริยาแสง (Light Reactions) และปฏิกิริยามืด (Dark Reactions) หรือที่เรียกว่าวัฏจักรแคลวิน (Calvin Cycle)

ปฏิกิริยาแสง

ปฏิกิริยาแสงเกิดขึ้นในเยื่อหุ้มไทลาคอยด์ (Thylakoid Membrane) ของคลอโรพลาสต์ ในขั้นตอนนี้ พลังงานแสงจะถูกดูดซับโดยคลอโรฟิลล์และสารสีอื่นๆ ในไทลาคอยด์ พลังงานแสงจะถูกใช้ในการแยกน้ำ (H2O) ออกเป็นออกซิเจน (O2) โปรตอน (H+) และอิเล็กตรอน (e-) อิเล็กตรอนที่ถูกปล่อยออกมาจะถูกส่งผ่านระบบขนส่งอิเล็กตรอน (Electron Transport Chain) ซึ่งจะสร้างพลังงานในรูปของ ATP และ NADPH ซึ่งเป็นพลังงานที่ใช้ในปฏิกิริยามืด

ปฏิกิริยามืด (วัฏจักรแคลวิน)

ปฏิกิริยามืดเกิดขึ้นในสโตรมา (Stroma) ของคลอโรพลาสต์ ในขั้นตอนนี้ CO2 จะถูกจับโดยเอนไซม์รูบิสโก (Rubisco) และเข้าสู่วัฏจักรแคลวินเพื่อสร้างกลูโคส (Glucose) ซึ่งเป็นสารอาหารที่ใช้ในการเจริญเติบโตและการดำรงชีวิตของสาหร่าย ATP และ NADPH ที่ได้จากปฏิกิริยาแสงจะถูกใช้ในการเปลี่ยน CO2 ให้เป็นกลูโคส

ปฏิกิริยาชีวเคมีภายในเซลล์สาหร่าย

ภายในเซลล์สาหร่ายมีปฏิกิริยาชีวเคมีหลายอย่างที่เกิดขึ้นเพื่อสนับสนุนการเจริญเติบโตและการดำรงชีวิตของสาหร่าย ปฏิกิริยาเหล่านี้รวมถึงการสังเคราะห์โปรตีน การสังเคราะห์กรดไขมัน และการสังเคราะห์สารประกอบอื่นๆ ที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิต

การสังเคราะห์โปรตีน

การสังเคราะห์โปรตีนเป็นกระบวนการที่สำคัญในการสร้างเอนไซม์และโปรตีนโครงสร้างที่จำเป็นต่อการทำงานของเซลล์กระบวนการนี้เริ่มต้นจากการถอดรหัส (Transcription) ของ DNAเพื่อสร้าง mRNA ซึ่งจะถูกแปลรหัส (Translation) เป็นโปรตีนในไรโบโซม (Ribosome) โปรตีนที่สร้างขึ้นจะถูกนำไปใช้ในการสร้างเอนไซม์ที่ช่วยในการเร่งปฏิกิริยาชีวเคมีต่างๆ ภายในเซลล์

การสังเคราะห์กรดไขมัน

การสังเคราะห์กรดไขมันเป็นกระบวนการที่สำคัญในการสร้างเยื่อหุ้มเซลล์และสารประกอบอื่นๆ ที่มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิตของสาหร่าย กรดไขมันถูกสร้างขึ้นจากอะเซทิลโคเอ (Acetyl-CoA) ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการสังเคราะห์กรดไขมัน (Fatty Acid Synthesis) กรดไขมันที่สร้างขึ้นจะถูกนำไปใช้ในการสร้างไตรกลีเซอไรด์ (Triglycerides) และฟอสโฟลิปิด (Phospholipids) ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของเยื่อหุ้มเซลล์

การสังเคราะห์สารประกอบอื่นๆ

นอกจากการสังเคราะห์โปรตีนและกรดไขมันแล้ว สาหร่ายยังมีการสังเคราะห์สารประกอบอื่นๆ ที่มีความสำคัญต่อการดำรงชีวิต เช่น กรดนิวคลีอิก (Nucleic Acids) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของ DNA และ RNA และโพลีแซคคาไรด์ (Polysaccharides) ซึ่งเป็นส่วนประกอบของผนังเซลล์และสารสำรองพลังงาน

ณัฐพล วชิรโรจน์

ศูนย์ความหลากหลายทางชีวภาพชีวภาพ

สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย (วว.)