智能設計取得了勝利，其中進化大多失敗了。生物學家通過補償光合作用的根本缺陷，將菸草的生物量提高了大約40％。
該小組目前正在努力將同樣的變化引入糧食作物，從豇豆和大豆開始。伊利諾伊大學厄巴納分校的團隊成員阿曼達·卡瓦納說：“慈善機構非常希望把這項技術交給世界上最貧窮的人。”
生命的關鍵成分是由碳原子鏈組成的分子。植物從空氣中的二氧化碳分子中提取碳原子來組裝這些鏈。
這種能夠抓住二氧化碳並將其添加到碳鏈中的酶常常錯誤地抓住氧分子。這會產生有毒分子，植物必須消耗能量才能吸收。這種根本性的缺陷被認為是進化史上最大的錯誤之一。
公平地說，光合作用最初進化時並不是一個大問題，因為周圍幾乎沒有氧氣。但是，隨著氧含量的上升和二氧化碳含量的下降，這成為植物的一個大問題。錯誤地獲取氧氣——稱為光呼吸——現在經常發生，它可以將光合作用的效率降低50%。
一些植物已經進化出了一種解決方案：它們將二氧化碳集中在植物體內，以減少誤吸氧氣的機率。但我們吃的大多數植物，包括幾乎所有的蔬菜和水果，以及小麥、大米和大豆等關鍵作物，都不能做到這一點。幾十年來，生物學家一直在努力尋找一種修復方法。
基於這項工作，卡瓦納和他的同事設計了三種替代途徑來處理光呼吸的有毒副產品。她說：“我們試圖改變整個過程的路線。”
他們通過基因工程將這些途徑轉化為菸草，之所以選擇菸草是因為它是一種容易修改的植物，而且生命週期短。在兩個季節的田間試驗中，表現最好的植物的生物量提高了40%以上。
2016年，另一個研究小組通過提高植物應對光照水平變化的能力，將菸草生物量提高了約15%。卡瓦納說：“我們希望我們能把這些特性疊加起來，獲得額外的收益。”
但是對光合作用進行根本性的改進可能有一些風險。從理論上講，升級後的作物可以變成野性植物或與野生親緣植物雜交，與大多數其他植物相比具有競爭優勢。
但康奈爾大學的植物遺傳學家莫林·漢森說，即使這種特性在農場之外傳播，也不太可能造成嚴重的問題。
她說：“像我們已經通過傳統農業的環境效應來干擾生態一樣，雜草種類的增加不太可能干擾生態。”
德國杜塞爾多夫植物生物化學研究所的安德烈亞斯韋伯說，野生植物的生長主要受水、氮和磷的可利用性的限制，而不是光合能力。“我不認為這種特性會為自然植被提供選擇性優勢。”
風險也必須與收益進行權衡。大多數改良作物的努力只會使產量略有增加。在通過生物能源減少溫室氣體排放併為我們賴以生存的野生動物留下空間的同時，迫切需要大幅度的增長來養活世界上不斷增長的人口。
即使光合作用中最明顯的缺陷得到修復，植物捕捉太陽能量的效率仍然遠遠低於太陽能電池板。這就是為什麼許多研究人員正試圖開發人工光合作用。
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