Sättet vi producerar ljus på har förändrats förvånansvärt lite sedan Thomas Edison utvecklade den första glödlampan 1879.

LED-lampan har nyligen minskat elkostnaderna avsevärt, men de använder fortfarande samma kraftkälla och fortsätter att bidra till den globala uppvärmningen eftersom den mesta elen fortfarande kommer från förbränning av fossila bränslen.

Vi behöver en ny metod för att producera ljus som istället för att använda konventionell el använder naturens egen energi.

I USA har några hängivna forskare undersökt bioluminiscerande alger i några år, men de har aldrig framgångsrikt kartlagt hela det självlysande systemet inom algerna. Vid Danmarks Tekniske Universitet (DTU), vi genomför den första danska forskningen på detta område, och det visar att självlysande organismer en dag skulle kunna lysa upp våra städer i ett turkosblått ljus.

Det finns dock några tydliga utmaningar att lösa innan detta blir verklighet. Vi kan behöva överföra gener från självlysande organismer till andra gröna organismer, kanske högre växter som kommer att kunna avge ljus mer effektivt.

Mikroalger lyser upp mörkret

Alger finns överallt på land och i havet, och är oerhört viktiga för livet som vi känner det.

Många människor förknippar alger med tång (makroalger), men i själva verket är de flesta alger mikroalger. Dessa alger är så små att man bara kan se dem genom ett mikroskop.

Några av dem, så kallade dinoflagellater, avger ett starkt blått ljus på natten. Detta fenomen är känt som bioluminescens, varvid levande organismer producerar ljus via kemiska reaktioner.

Du kan se det själv under vissa tider på året i varmare klimat, runt ekvatorn från Brasilien till Australien.

Två molekyler möts och producerar ljus

Även om människor har observerat detta fenomen i havet i mer än 2, 500 år, vi vet fortfarande förvånansvärt lite om de inblandade algerna och hur de producerar ljus.

Algerna avger ett blått ljus när de skakas. Till exempel, när ett rovdjur simmar genom att skapa en ström, eller när algerna träffas av vågor i kustvatten.

Två molekyler är särskilt viktiga för ljusproduktion:Luciferas (ett enzym) och luciferin (en molekyl som produceras genom fotosyntes).

När alger registrerar en störning, en kedja av cellulära kemiska processer sätts igång och får pH att sjunka. Detta aktiverar luciferasenzymer, som binder till luciferinet och överför energi till luciferinet via en process som kallas oxidation. Det är frigörandet av energi från luciferin vi ser som blått ljus.

Det har hittills bara visats teoretiskt och inte genom experiment.

Biologisk solcell och levande lampa i samma organism

De självlysande algerna behöver energi för att avge ljus, precis som din sänglampa som ansluts till ett eluttag för att komma åt el. Men alger, få sin energi från en annan källa:solen.

De använder solljus för att producera energi via fotosyntes för att utföra en hel rad processer på cellnivå.

Du kan föreställa dig alger som små individuella lampor, drivs av en solcell. De "laddar om" under dagen så att de kan avge sitt blåa ljus hela natten.

Det finns ett antal självlysande djur, svampar, och bakterier. Alla av dem kräver mat för att producera energi som behövs för att belysa. Alger utnyttjar solljus och koldioxid (CO2):Två outtömliga, miljövänlig, CO2-neutrala energikällor.

Hållbara städer med levande ljus

Vi använder en stor del av elen för att belysa våra hem, vägar, parkeringar och så vidare. Denna elektricitet kommer till stor del från förbränning av fossila bränslen, vilket ökar mängden CO2 i atmosfären och driver på den globala uppvärmningen. Därför, vi behöver en mer hållbar ljuskälla.

Mikroalger växer i saltvatten, men så länge de växer i en sluten behållare kan de fungera som en biologisk lampa, som skulle kunna användas som glödlampor för att belysa våra städer, skyltfönster, byggnader, vägar, och parkeringar.

Bioluminiscerande alger är det första steget i utvecklingen av biologiskt ljus, men det finns några tydliga utmaningar när man använder alger i en lampa. Alger måste störas i rörelse innan de lyser upp, vilket är problematiskt i en lampa. Dessutom, de lyser endast under en relativt kort period på grund av energibegränsning.

Mer forskning behövs för att utveckla biolampor

Att producera biologiska lampor som kan lysa hela natten utan rörelse innebär att vi behöver tänka i helt nya banor.

Just nu, vi försöker ta reda på exakt vilka gener som används för att avge ljus och sedan överföra dessa gener till andra fotosyntetiska organismer för att producera en självlysande växt som kan avge ljus hela natten.

Vi är inte där än och det kommer att ta många år av forskning. Men tänk dig, kliva ut i en stad i framtiden badad i ett blått ljus producerat av växter.

Denna berättelse publiceras igen med tillstånd av ScienceNordic, den pålitliga källan till engelskspråkiga vetenskapliga nyheter från de nordiska länderna. Läs den ursprungliga historien här.