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人工合成淀粉堪称划时代成果!将给世界带来4大极其深远的影响!

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二战以后,人口的不断增长导致地球资源大量消耗,人类不得不面临能源危机和粮食危机。其中,能源危机随之核聚变发电技术不断发展,人类已经看到解决的曙光。然而,粮食危机却迟迟难以从根本上解决。如今,这项堪称划时代的成果让人类看到了粮食危机彻底解决的曙光。

据《中国青年报》报道,9月23日,中国科学院召开本年度首场新闻发布会,介绍该院天津工业生物技术研究所在人工合成淀粉方面取得的重要进展。该所研究人员提出了一种颠覆性的淀粉制备方法,不依赖植物光合作用,以二氧化碳、电解产生的氢气为原料,成功生产出淀粉,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。相关研究成果9月24日在线发表在著名国际学术期刊《科学》。

人工合成淀粉成果在国际学术期刊《科学》上发表


事实上,早在2018年7月24日,这个科研团队就已经第1次成功人工合成出淀粉了。但为慎重起见,当时并没有急于公布。天津工业生物技术研究所反复安排不同的科研人员不断重复实验,不但确认了实验的可重现性,而且还不断提高了合成效率,在此后两三年时间里,将合成效率提高了150多倍。

在此之前,人类都只能通过消耗淀粉获取能量,同时排放大量二氧化碳。想要将这个过程反过来简直就是天方夜谭!如今我国科研团队竟然能够将这个过程反过来,堪称逆天!

由于这项技术成果意义十分重大,消息一经发布迅速火爆网络,然而,与此同时,质疑声也随之而来。

1、这项成果会不会像当年的水变油那样是虚假新闻呢?

在这里告诉大家,这项堪称划时代的伟大成果绝对不会是假的!敢在《科学》这种学术期刊发布,就不敢造假,否则一旦被发现造假,不仅将身败名裂,还将面临牢狱之灾!

研究团队成员展示合成的淀粉


对于此项成果,《科学》新闻部执行主任梅根菲兰是这么评价的:“该研究成果将为我们未来通过工业生物制造生产淀粉这种全球性重要物质提供了新的技术路线。”

这一突破也得到该领域一批国际知名专家的高度评价。德国科学院院士曼弗雷德·雷兹表示,将二氧化碳固定并转化为有用的有机化学品是一项重大的国际挑战,本项工作将该领域研究向前推进了一大步。美国工程院院士延斯·尼尔森表示,这是利用合成生物学解决当今社会面临的若干重大挑战的惊人案例,将为日后更多相关研究铺平道路。

看到这里你还会质疑这项技术成果是假的吗?

2、人工合成淀粉太耗能,合成过程会不会产生更多的二氧化碳?

这个大可不必担心。

首先,能源的来源形式多种多样,并非只有燃烧含碳燃料获取能量这一种途径。也可以是太阳能发电、风力发电、潮汐发电、甚至是未来100年内就有可能大规模普及的核聚变发电。这些能源获取方式都不会产生二氧化碳。

其次,通过种植农作物获取淀粉的过程同样是极度消耗能量和资源的!尽管植物光合作用合成淀粉的理论效率可达11%,但由于吸收不良,光合作用的呼吸要求以及最佳太阳辐射水平等影响,整体效率很低,总体光合效率在太阳光辐射的3%到6%之间。如果是水稻这种农作物,除了占比很小的果实是可以被人类当作食物之外,占比很大的稻草都无法被人类直接利用。然而,果实凝聚的能量占太阳光辐射的比重仅4‰左右!这还是占用大量耕地、大量水资源,消耗大量化肥、农药的前提下达到的。如果再加上机械收割、运输、加工等过程的能量消耗,整个粮食生产过程中的能量利用率有多低可想而知!

机械收割农作物


那么,我国科研团队这项成果的能量利用率又是多少呢?

据《中国经济网报道》,按照20%的光电转化效率计算,这条化学、生物杂合的人工合成淀粉新系统,理论能量转化效率可达7%,其淀粉合成速率比自然光合作用提高了3.5倍。显然,不论是能量利用率还是合成速率,我国科研团队这项人工合成淀粉的成果都已经超过植物光合作用合成淀粉!

3、人工合成的淀粉能吃吗?好不好吃?

论文中提到,经核磁共振等检测发现,人工合成的淀粉分子与天然淀粉分子的结构组成是一致的!也就是说和天然淀粉没有区别,是可以食用的。差别无非就是初期人工合成的淀粉口感怎么样,能不能媲美植物淀粉。当然,这点也不必担心,影响淀粉口感无非就是直链淀粉和支链淀粉的占比。据了解,直链淀粉煮熟后韧性口感较低,弹性低,有点糊糊状的感觉,而支链淀粉煮熟后的黏性也比较高,米饭韧性口感比较好。如果要改善口感,那就只要继续在此基础上,通过各种技术手段改进就可以了。

不管怎么说,首先要先解决有无问题,才能解决好不好的问题。从这点来看,人工合成淀粉这项成果就好比实现0到1,没有这项成果,我们根本就不用探讨这种淀粉好不好吃的问题。

那么,这项技术成果将带来什么样的深远影响呢?

1、将粮食的农业生产变成工业生产,有利于节约大量耕地、淡水资源,极大减少农药、化肥使用量。

不论是欧美国家吃的面包,还是亚洲国家吃的米饭,其主要成分都是淀粉。据统计,淀粉占全球热量摄入的80%以上。为了获取淀粉,人类不得不开垦大量土地,消耗大量水资源,使用大量对环境有害的农药,使用大量对生态系统有害的化肥来生产粮食。据统计,食品生产大约占据全球40%的耕地,产生了25%的温室气体。

农药导致水中鱼类大量死亡


如果能够人工合成淀粉,那么人类将不再需要通过繁重、低效的农业种植来生产人类主食,这将大大减少人类生产粮食对整个生物圈的不利影响,有利于改善生态环境。业内专家也表示,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,避免农药、化肥等对环境的负面影响,推动形成可持续的生物基社会,提高人类粮食安全水平。

对于我国来说,一旦我国能够将这些技术成果用于大规模工业化生产,那么,我国将不再担心粮食不够吃,更不用担心养殖业没有足够廉价饲料。对我国乃至全世界农业格局的影响难以估量!

2、人工合成淀粉过程需要大量吸收二氧化碳,有利于改善全球气候变暖趋势。

研究表明,二氧化碳是造成全球气候变暖的主要成分。目前,绝大部分人类活动,包括基本衣食住行,无一例外都需要消耗大量能源。为了获取足够能源,人类大量使用含碳化石燃料,产生大量二氧化碳,也直接导致了全球气候变暖。

自然界中的物质循环过程


想要改善全球气候变暖趋势,只能尽量减少大气中二氧化碳的含量,这就需要人类调整整个社会能源生产、利用运行结构。一方面要寻找含碳化石燃料的替代品,另一方面要就是要寻求吸收大气中二氧化碳的方法。

目前,太阳能、风能、潮汐能、核能都能替代含碳化石燃料产生能源,但此前却一直没办法通过人工合成方法取代植物和部分微生物吸收二氧化碳。这也直接导致,人类只有植树造林这一种办法来吸收空气中的二氧化碳。

如今,随着这项人工合成淀粉的成果从根本上解决了二氧化碳的吸收难题。未来,一旦造出核聚变发电站,源源不断产生能源带动淀粉合成工厂运转,人类就能在保护环境的同时还能顺带解决粮食危机。

3、人工合成淀粉用途多样,能够改变人类工业格局乃至改变世界格局。

淀粉除了可以作为人类主粮,还有很多其他用途。它还可以作为合成各种营养物质的原料以及大量工业产品的合成原料,例如可降解塑料、橡胶等等。随着技术的继续发展,这些技术还将继续衍生出大量合成生物行业,改变人类工业格局的同时还将催生大量就业岗位,好处不言而喻。

这项成果还将改变世界格局!

众所周知,美国是世界上最强大的国家,号称世界警察,在多数重要行业都举足轻重。然而很多人却想不通,人口不足我国四分之一的美国为何能有如此巨大的影响力。其实根本原因在于它控制了货币,以及粮食供应的主导权!

2020年5月5日,新华网报道,“美国每年向全球供应约1.5亿吨的粮食出口数量。其中,大豆出口占全世界出口总额的37%,玉米占全世界出口总额的47%,小麦占全世界出口总额的22%,这是一组非常惊人的数字。

世界各国粮食出口情况


美国最著名、最有影响力的战略学家之一,基辛格曾说过:“谁控制的石油就控制了全球上的国家;谁控制了粮食,就控制了人类;谁控制了货币,就控制了全球的经济。”

美国大量出口粮食的同时,日本、韩国等不少国家却不得不大量进口粮食。如果美国突然减少粮食供应,那么粮食将大幅度涨价,这也是很多国家不得不听从美国的原因之一。

如果我国这项成果今后大量出口,那对现有世界格局将会造成什么样的冲击呢?影响难以估量!

4、这项成果为人类星际移民奠定了生存基础!

人类生存需要糖类、蛋白质、脂肪、氧气,其中消耗量最大的是糖类,占比达到总消耗量的80%左右,而这里的糖类主要是指淀粉。

氧气可以通过电解水获取,很好解决。至于人类所需的蛋白质,人类早就可以通过人工合成各种人类必需、非必需氨基酸来解决了。而脂肪嘛,人体本身也能通过各种方式将蛋白质或者糖类物质转化而来。所以只要解决人工合成淀粉的难题,人类就能通过人工合成的手段满足人类生存的基本需求。

研究表明,在玉米等农作物种植过程中,将二氧化碳转变为淀粉,共涉及约60步代谢反应以及复杂的生理调控,太阳能的利用效率不足2%。

植物光合作用产生淀粉的原理图


中科院天津工业生物技术研究所的青年科学家团队从头设计出11步反应,不依赖光合作用,以二氧化碳、电解水产生的氢气为原料,成功合成出淀粉,副产物是氧气,整体能量利用率达到7%。

这项成果直接提供了人类生存所需的淀粉和氧气两大主要消耗物质。

据报道,这项人工合成淀粉的效率可达自然界农业生产方式的8.5倍,1立方米的生物反应容器就可达5亩玉米地的生产水平。这意味着,人类仅需要建立一个很小的生物反应容器就能满足人类星际移民过程中的淀粉需求,顺带产生副产物——氧气。在抵达人类要移民的星球时,人类也可以依葫芦画瓢,建造大量生物合成工厂,满足人类生存需求。例如火星大气中就含有大量二氧化碳,人类可以在火星建立这样的合成工厂,生存淀粉等有机物的同时还能产生氧气。

马斯克提出火星移民计划


通过上述分析,我们发现,通过二氧化碳人工合成淀粉这项技术意义十分重大,堪称划时代成果。唯一美中不足的是,这项技术什么时候能够大规模应用。

这项成果论文通讯作者、天津工业生物所所长马延和强调,目前该成果尚处于实验室阶段,离实际应用还有相当长的距离,且面临诸多挑战。

据了解,经科技部批准,天津工业生物所正在牵头建设国家合成生物技术创新中心。科研团队的下一步目标,一方面是继续攻克淀粉合成人工生物系统的设计、调控等底层科学难题,另一方面要推动成果走向产业应用,未来让人工合成淀粉的经济可行性接近农业种植。

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