以后不用种粮了？中国首次实现人工合成淀粉，可比人造肉高级多了

2021年9月24日凌晨，发表在著名国际学术期刊《科学》上，有关中国科学家在人工合成淀粉方面，取得重要进展的相关研究成果，被无数人认为有着划时代的意义。为什么说实验室人工合成淀粉具有划时代的意义？

要知道淀粉是天然高分子碳水化合物，是由葡萄糖分子聚合而成的有机物，更是提供生命能量的基石。在日常饮食中，淀粉进入口腔，并被口腔分泌唾液淀粉酶催化，发生水解反应生成麦芽糖，并通过食道来到胃部进一步消化。不过唾液中的淀粉酶有限，使得一些没有进行水解反应的淀粉来到小肠，接着在胰脏分泌的淀粉酶的作用下继续水解。

最终，麦芽糖会被肠液分泌的麦芽糖酶催化，水解成人体可以吸收的葡萄糖。而葡萄糖就是淀粉经过人体消化后呈现的最终形态。其中一部分葡萄糖直接进入细胞，为人体各项组织提供能量，另一部分葡萄糖作为合成糖原的原料。糖原则主要存在于肝脏与肌肉中，是人和动物的储能物质，会在人和动物血液中的葡萄糖低于正常含量时分解产生葡萄糖，及时补充所需。

而在养活人类的自然界中，能为人类生产淀粉的“工厂”就是绿色植物，同时它们制造的有机物更是养活了地球上几乎所有的生物，这是植物作为生产者独有的能力。绿色植物们通过吸收二氧化碳和水，并借助太阳的力量制造的有机物，不仅满足了自身生长、发育、繁殖的需要，也为生物圈中的其它生物提供了基本的食物来源。对于人类而言，大米、小麦、马铃薯等，均是我们日常生活中富含淀粉的食物。

现在，这个自人类出现以来，就以绿色植物为起点，一直在供养着我们的生物系统，将有可能被打破。来自中科院天津工业生物技术研究所的研究人员们，采用一种类似“搭积木”的方式，从头设计出11步反应，在实验室中首次实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。

上图：人造淀粉合成代谢途径的设计和模块化组装

合成过程中不需要依赖植物光合作用，仅以二氧化碳、电解产生的氢气为原料，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的从头合成，使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能，取得原创性突破。不过面对这样的技术，却有人觉得与人造肉差不多，实在是令人汗颜！

上图：通过人造淀粉合成代谢途径 (ASAP) 从二氧化碳合成淀粉

实际上，人造肉分两种，一种是在实验室或车间内，通过让肌肉细胞不断繁殖成的细胞培养肉。从始至终本质上都是细胞，没有发生质变只不过是增殖了。另一种是仿造肉，用植物蛋白或者其他成分，仿照肉类的口感制造出来的植物肉。说白了，无非就是豆制品。而这次我国科学家实验室人工合成淀粉，则是真正实现了从无机物到有机物的质变，是典型的0到1原创性突破。

而且，目前市场上的淀粉主要由玉米等农作物通过自然光合作用固定二氧化碳生产，中间涉及60余步代谢反应，能量转化效率仅为2%左右。可想而知，仅11步反应的人工途径，其淀粉合成速率必定要快得多，是玉米淀粉合成速率的8.5倍。据估计，1立方米的生物反应器，1年的淀粉产量，相当于我国5亩玉米的平均年产量。

除此之外，比起工业车间生产，农作物生产还有种植周期长、土地使用量大、浪费淡水资源以及农药污染等缺点。而不依赖植物光合作用，车间化人工固定二氧化碳合成淀粉，势必会为世界粮食淀粉的可持续供给、工业活动排放的二氧化碳的转化利用，提供新的战略方向。为解决人类粮食危机、气候变化提供新思路。这必定会成为是影响世界的重大颠覆性技术。

并且很有可能，一旦淀粉生产从传统农业种植模式转向工业车间生产模式，那么以后的耕地上都不用种粮了。业内专家称，如果未来二氧化碳人工合成淀粉的系统过程成本能够降低到与农业种植相比具有经济可行性，将会节约90%以上的耕地和淡水资源。更重要的是，有了人工合成淀粉的技术，人类就可以真正摆脱植物的束缚，踏上一个个地外行星。

在所有的外星基地计划中，为了解决食物问题，科学家们一直在思考怎么在地外天体上建立温室并种植农作物。而有了人工合成淀粉技术，我们就有了新的选择。这意味着宇航员们，不用在外星基地种植农作物获取食物了。并且，淀粉还可以作为培养菌体蛋白的基质，配合人造肉技术又能进一步为人类提供持续的蛋白质供应。

当然，除了淀粉与蛋白质，人类还需要维生素以及很多植物化学物质。不过对于维生素而言，其实早在1933年，瑞士科学家维克森等人就已用葡萄糖作为原料，首次人工合成了维生素C，而葡萄糖则可以通过淀粉水解获得。并且经过近一个世纪的研究，科学家们已经成功合成了所有维生素。2019年，仅中国维生素出口数量就高达28.72万吨。

因此可以大胆预见，未来的人类也许可以不再依赖自然环境的供养，完全依靠人工合成技术，为我们提供生命活动所需的所有物质。不知道那时候的人类，是否已经可以发展为星舰文明？那时候的地球，会不会是布满太阳能发电装置的钢铁行星？又或者人类大发慈悲，留下了那些已经没有用处的生物？