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我国人工合成淀粉,国际首次实验成功!“空气变馒头”梦想成真?

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北京时间9月24日,国际学术期刊《科学》上发表了一则来自中国的颠覆性实验成果:这是国际上第一次不需要依赖植物光合作用,而是采用人工手段,将自然的代谢过程重新拆解、组装,以二氧化碳、水和氢能为原料,生产出了人工的淀粉!


人工合成淀粉的意义有多重大?

这次实验中的“主角”——二氧化碳和淀粉都是距离我们很近的物质。二氧化碳是我们呼吸时吐出的气中主要成分,“碳排放”的元凶;淀粉则是碳水化合物。米、面等常见粮食中的主要成分,与葡萄糖、蔗糖一样,是我们赖以生存的能量物质。

以往,我们生活中的淀粉只能从植物中提取,简单来说,人类需要种植农作物,然后通过粮食来补充能量,如今却可以直接“变空气为馒头”!

我们地球目前还有至少1.55亿人处在饥饿的状态之下,而且战乱和疫情让这些人过不上温饱、稳定的日子,饥饿人口还在增加。假如人工合成淀粉能得到推广,我国生产粮食的效率一定能在现在的基础上再上一层楼,试想一下,届时通过人工合成淀粉出口,我们国家能解决全球多少人口的饥荒问题?承担大国责任!


人工合成淀粉这一技术,不仅能够解决饥饿人口温饱问题,还能改善地球环境,缓解全球变暖问题。

因为人工合成淀粉的主要原料就是二氧化碳——全球变暖的“元凶”,如果未来这项技术能够全面推广,二氧化碳在一定程度上会必然会得到消耗。全球气候变暖问题将得到一定程度的缓解。而且更厉害的是,这不是简单地“减少排放”、被动应对,而是“变废为宝”,大幅提高对物质的利用率。

除了解决粮食短缺和全球变暖问题,这项技术还有着国际前程意义。在如今全世界都面临气候、粮食、能源、生态等重大问题的当下,技术必定是翻盘的关键、创造人类美好未来的钥匙。


世界上大米库存最多的十个国家,中国位居榜首

美国在上个世纪,曾利用“粮食权利”对其他依赖从美国进口食物的国家,如古巴、苏丹、北朝鲜等进行“制裁”,这是因为他们是全世界最大的粮食生产国和出口国之一。

而我国有着悠久的农业历史,而且自建国以来就对农业、粮食供应的重要性足够重视,加上杂交水稻的技术,发展到如今,以美国为首的出口大国想用粮食“卡住我们的脖子”是不可能的。

但我国人口繁多,目前粮食基本也只是自给自足,而有了如今的人工合成淀粉技术,在未来,我国或许还有余裕可以对那些粮食紧缺的国家进行出口援助,帮助人们脱离饥饿,摆脱大国的粮食控制,大改国际上“粮食权利”的局势。

人工合成淀粉是如何做到的?

如此意义重大的技术,我国科学家们又是怎样做到的呢?既然从植物中也能自然产生淀粉,又为什么要说这项技术了不起?


在试管反应中呈现出“淀粉蓝”的人工合成淀粉

首先,根据地球的碳循环法则法则,淀粉只能在植物的体内合成,这是因为该过程必须依赖植物体内的叶绿体,其化学反应如果用文字方程式表达出来则是:二氧化碳+水+光能→糖+氧气+水。

这个过程看似简单,但正是这些性质让植物变成了与动物完全不同的自养生物。它们在白天进行光反应,将水(H2O)转换为氢气(H2)和氧气(O2),在夜晚进行暗反应,将白天产生的氢气转换为二氧化碳(CO2)和葡萄糖储存在自身体内,实现生物代谢和自给自足。


而储存下来的这些糖(碳水化合物),就成为了全世界所有动物的第一级能量来源。从远古到现在的亿万年间,任何生物的存续都离不开光合作用。但光合作用虽然“伟大”,其对二氧化碳与水的转化效率却不高,根据科学家的研究,约为6%;而动物通过食用从植物中获取能量的效率也只有10%,合计起来,动物对二氧化碳的能量转化率就只有0.6%,实在是有些低。


自然界中的碳循环

自然界如此设置自然有它维护物质和生物平衡的道理,但我们仍然会想,如果这个效率再高一些,世界是不是会出现巨变呢?

而这项技术就做到了这一点!和传统农业生产方式相比,人工合成淀粉的效率达到了前者的8.5倍。


“理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量,相当于5亩土地玉米种植的淀粉年平均产量。”天津工业生物技术研究所所长马延和说。

假如有一天世界末日真的降临,无法大面积地铺平耕地,工业化生产粮食供给全国人民当口粮或许也不是梦。


传统农业方式

值得强调的是,这项技术虽然是通过一种自然界不存在的合成代谢途径,来对淀粉进行“组装”,使其合成效率大幅提高,但核磁共振的检验说明,人工淀粉和天然淀粉的分子结构组成是一致的,也就是说二者并没有本质上的差别,如果将来要上市也须经过严格的质量检验,大家可以放心食用。


人工合成淀粉的“组装”过程

仍存在的担忧

但这项技术虽具有颠覆性,也还有很多人对它提出贴近生活的质疑。例如:为了替代自然界中“光能”的作用,生产这一点点的淀粉需要消耗多少的能量?这种生产方式是不是只在实验室中使用,因为过高的成本无法推广到民间?如果真的推广了,众多农民朋友是不是就失业了?


淀粉

当然这些疑问都是很合理的。在任何技术出现的前期,往往问题都能够有效鞭策技术进步的方向。

我们可以设想一下,世界上第一辆内燃机汽车于1885年刚出现的时候,其时速还没有马车跑得快,而随着时代的革新,汽车的发动机、制动系统、行驶系统逐步完善,组装效率也提高了十几倍,在几十年前就能实现成熟的流水线生产,如今已经能够无人驾驶,迎来“智能汽车”时代,为人类提供了无数的便利。

我们难道能说那第一辆“老马拉车”没有意义吗?


世界上第一辆汽车

我们也可以对这项技术展开新的展望:

  • 淀粉在未来能够实现工厂生产,继现代化农用器具之后,农业与工业再次实现新融合;
  • 因天灾、生物灾害原因导致的粮食损失现象会大幅度减少,国际上不再有为粮食困扰的人口;
  • 工业生产出来的淀粉不仅可以用于粮食领域,还可以用于造纸和建筑,减少了对自然的索取;
  • 农业用地将会减少,而那些用地可以用于建设其他用途的工厂、房屋,人类对土地的利用率进一步提高;
  • 务农人员会减少,但与此同时会有大批相关新兴岗位上市,形成有前景的职业新潮流。

当然,一切都只是展望,但身处现在的我们难道就能断言不可能吗?这项技术的实际意义如何,只能交给未来来判断。但人工合成淀粉新技术的出现,无疑是前无古人后无来者的。这是一种从0到1的伟大创造,一场山雨欲来的产业革命

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