Ogni anno, una "zona morta" delle dimensioni del Massachusetts si estende nel Golfo del Messico. Il fiume Mississippi, che attraversa la cintura agricola della nazione, spazza il fertilizzante in eccesso e scarica le sostanze chimiche nel Golfo, dove si nutrono di alghe rampanti, esaurire l'ossigeno, e uccidere la vita marina.

In tutti gli Stati Uniti, versioni più piccole di zone morte simili infettano i laghi, stagni, e fiumi. Negli anni con precipitazioni più elevate, come il 2018, il Charles River del Massachusetts raccoglie abbastanza sostanze inquinanti dalle strade circostanti della città, parcheggi, e campus paesaggistici per far scendere la qualità dell'acqua. Crescita incontrollata di alghe, spesso il risultato di un eccesso di fertilizzante, può danneggiare il mare, umano, e persino la salute degli animali domestici:quest'anno, diversi cani sono morti dopo aver nuotato in acqua soffocati da alghe blu-verdi tossiche.

Ora, Gli scienziati di Harvard stanno collaborando con funzionari della sostenibilità ed esperti di paesaggistica per testare un nuovo fertilizzante che non si lavi nelle riserve d'acqua. Usando il campus di Cambridge come un laboratorio vivente, Il gruppo, che include Dilek Dogutan, Quentin Gilly, e Paul Smith, prevede di pilotare il biofertilizzante sostenibile per motivi di Harvard, a partire da questo inverno. Sviluppato nel laboratorio di Daniel Nocera, il professore di energia di Patterson Rockwood, il biofertilizzante vivente, che funziona solo con la luce del sole, aria, e acqua, resta con le piante, produce esemplari più grandi e più sani, ed è carbonio-negativo, assorbendo l'anidride carbonica dall'aria e sequestrando i pericolosi gas serra nel suolo.

Lo sforzo pionieristico è iniziato la scorsa primavera, quando Dogutan, uno dei principali ricercatori del gruppo Nocera, ho ricevuto un'e-mail dal Fondo per l'innovazione amministrativa del presidente (PAIF). In esso ha visto l'opportunità di applicare la ricerca del suo laboratorio al campus proprio fuori dalla sua finestra. In precedenti esperimenti, il team aveva utilizzato il biofertilizzante per coltivare ravanelli più di tre volte più grandi dei controlli coltivati ​​senza fertilizzante. Ma gli esperimenti si sono svolti nelle condizioni stabili di una serra.

"Volevamo portare la ricerca fuori dall'ambiente controllato, per vedere l'effetto dell'acidità del suolo, aria, temperatura, umidità, Tutto quanto, " Disse Dogutan. Per farlo, aveva bisogno di aiuto. Attraverso PAIF, ha formato un team collaborativo con Gilly, il responsabile della sostenibilità e dell'energia del laboratorio del FAS Green Program presso l'Office for Sustainability di Harvard, e Smith, il responsabile dei servizi paesaggistici.

Gilly ha detto che l'università sta passando a tutti i fertilizzanti organici, con l'obiettivo del 75% di paesaggistica organica entro il 2020. Ma questi fertilizzanti finiscono ancora nell'acqua; il biofertilizzante del laboratorio di Nocera no.

Inventato nel 2018, il fertilizzante biocompatibile si basa su un cianobatteri ingegnerizzato chiamato Xanthobacter autotrophicus . L'invenzione incorpora anni di ricerca, tornando alla tecnologia delle foglie artificiali di Nocera, che scinde l'acqua per produrre idrogeno e ossigeno, eseguendo la fotosintesi meglio di qualsiasi foglia.

Il nuovo trattamento utilizza l'idrogeno dalla scissione dell'acqua e lo combina con l'azoto nell'aria per produrre ammoniaca, che le piante possono assorbire nelle loro radici. Poiché i fertilizzanti inorganici e organici spesso forniscono alle piante più azoto e fosforo di quanto possano utilizzare in una volta, l'eccesso viene lavato via. Ma il biofertilizzante rimane al sicuro all'interno delle radici delle piante, memorizzato per un uso futuro.

L'innovazione ha un altro trucco ecologico:i batteri assorbono l'anidride carbonica dall'aria. "Utilizzando i nuovi metodi di biofertilizzante negli Stati Uniti, potremmo rimuovere quantità significative di CO ₂ all'anno sequestrando il carbonio nel suolo, " ha detto Dogutan.

Con l'aiuto dell'Ufficio per lo sviluppo tecnologico, Nocera, Pamela Argento, l'Elliot T. e Onie H. Adams Professore di Biochimica e Biologia dei Sistemi presso la Harvard Medical School, e Xiaowen Feng, un ex membro del suo laboratorio, fondò una società chiamata Kula Bio, che ha organizzato un primo test sul campo fuori dal campus. Marciando verso la commercializzazione, Kula Bio spera che il suo prodotto sostituirà tutti i fertilizzanti azotati sintetici, responsabili di alti livelli di deflusso e CO ₂ emissioni—con un biofertilizzante organico a basso costo.

Nel campus, con il finanziamento del PAIF, Dogutan e il suo team eseguiranno test su larga scala del fertilizzante dall'inverno 2020 fino all'autunno successivo. Ma, con una precedente sovvenzione del Campus Sustainability Innovation Fund, ha già piantato due piccoli appezzamenti di prova. In uno, lei e Daniel Loh, un dottorato di ricerca studente del Dipartimento di Chimica della Scuola di Dottorato in Lettere e Scienze e membro del Nocera Lab, ripulito due giardini delle dimensioni di un parcheggio con un buffer di erba di due piedi in mezzo. Loh ha piantato ravanelli, rape, e spinaci in ciascuno. Quindi, ogni settimana, ne concimò uno con 100 millilitri di cianobatteri ingegnerizzati mescolati con acqua e lo spruzzò sulle piante. L'altro appezzamento riceveva altrettanta acqua, senza i batteri.

Da aprile ad agosto, Loh e i ricercatori universitari Ellen Deng e Lauren Church hanno monitorato le piante e raccolto dati. Le misurazioni di Loh hanno mostrato che non solo il biofertilizzante ha aiutato le sue piante a crescere più grandi di quelle nella trama non fertilizzata, i batteri non si sono infiltrati nelle piante circostanti. "I nutrienti vengono assorbiti dalle piante prima che possano diffondersi a grandi distanze, " Egli ha detto.

Con la raccolta dei dati completata, Loh ha mangiato la sua ricerca:ha raccolto e condiviso le sue verdure con l'intero gruppo Nocera.

Prossimo, Deng vuole piantare rose rosa, il suo fiore preferito. Gilly spera di usare il biofertilizzante nei giardini pluviali del campus, progettati da studenti universitari per assorbire meglio l'acqua piovana e prevenire il raggruppamento. "Ogni anno, i nuovi primi anni che entrano sono sempre più appassionati di cause ambientali, " ha detto Gilly. "Sono una forza sempre crescente di sostenibilità."

Nel corso del prossimo anno, I servizi paesaggistici di Dogutan e Harvard sostituiranno il fertilizzante organico con il biofertilizzante nelle aree del campus di Cambridge di Harvard:la dimensione dei lotti dipende solo da quanto del nuovo trattamento possono ottenere da Kula Bio, che lo sta donando. Più, meglio è, ha detto Dogutan. Più dati aiuteranno lei e il team ad affinare il loro prodotto per un uso su larga scala.

"Questa è una ricerca ancora molto nuova, "Dugutan ha detto. "Stiamo ancora cercando di capire i dettagli:il carico, la sequenza, forse abbiamo bisogno di progettare i batteri in un modo diverso." Una volta che lo fanno, sperano di incoraggiare tutti i campus di Harvard a considerare il passaggio al biofertilizzante come un modo per migliorare l'impegno dell'Università per la sostenibilità e alla fine per ottenere un'accettazione più ampia e forse porre fine alle "zone morte".

"Dobbiamo fare qualcosa perché, veramente, stiamo distruggendo il mondo, "Dugutan ha detto. "Venire al lavoro ogni giorno è fantastico, ma qual è il nostro scopo più alto? Non si tratta solo di inviare quelle email. Lo scopo superiore, almeno per me, è restituire alla comunità di Harvard il miglior modo possibile".

Questa storia è pubblicata per gentile concessione della Harvard Gazette, Il giornale ufficiale dell'Università di Harvard. Per ulteriori notizie universitarie, visita Harvard.edu.