人工合成淀粉將推動人類文明進程嗎？

中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所科研團隊經(jīng)過6年探索，在實驗室里首次實現(xiàn)了淀粉分子的人工合成。這一結(jié)果于9月24日凌晨在線發(fā)表于美國《科學(xué)》雜志。

人工淀粉的合成是一個典型的從0到1的原創(chuàng)性突破。如果這一研究結(jié)果能進入成熟的商業(yè)化生產(chǎn)，將對未來的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，特別是糧食生產(chǎn)帶來革命性的影響，且對全球生物制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有里程碑式的意義，還可能加速推動人類文明發(fā)展的進程。

（圖片來源：視覺中國）

人類從原始文明起步，到迄今的農(nóng)業(yè)文明、工業(yè)文明，并正在向工業(yè)文明發(fā)展的較高階段——生態(tài)文明發(fā)展。工業(yè)文明雖然為人類提供了充足的食糧和財富，但同時也對地球資源和生態(tài)環(huán)境進行了過度索取。為滿足人類與日俱增的需求的同時又保證可持續(xù)發(fā)展，需要一種優(yōu)于農(nóng)業(yè)文明和工業(yè)文明的手段。

淀粉在日常生活中隨處可見，它既是糧食最主要的成分，也是重要的工業(yè)原料。烹飪調(diào)味料、護膚化妝品、雜志封面紙、膠囊外殼、棉紗紡織……無一不用到淀粉。全球以淀粉為原料的產(chǎn)品大約有3萬多種，能夠人工合成淀粉意味著可以把糧食生產(chǎn)從農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)換到工業(yè)生產(chǎn)，人工合成淀粉是以熱電廠和水泥廠排放的高濃度二氧化碳分離出來作為原料，將低密度太陽能轉(zhuǎn)化為高密度電/氫能作為能源，形成簡單的碳氫化合物，然后再從碳氫化合物生物合成淀粉。顯然，人工淀粉的生產(chǎn)是向生態(tài)文明的方向跨出了一大步，效率高，對環(huán)境污染少，對能源需求較少，而且還會利用溫室氣體——二氧化碳。

實驗室初步測試顯示，人工合成淀粉的效率約為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)淀粉的8.5倍。在充足能量供給的條件下，按照目前技術(shù)參數(shù)，理論上1立方米大小的生物反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量相當(dāng)于我國5畝玉米地的年產(chǎn)淀粉量。

可能在50年后，2071年9月的某一天，生活在北京的一位女士想下單采買高筋面粉，生產(chǎn)車間合成人工淀粉只需比將直鏈淀粉的比例調(diào)高于支鏈淀粉，即可快速生產(chǎn)送貨。那時的人們可能已經(jīng)逐漸習(xí)慣了食用人工淀粉，后者口感和營養(yǎng)也與小麥面粉差不多，并且價格更低。同時，全國各地的城市也可能基本沒有霧霾了，夏天也不熱了，因為熱電廠、鋼鐵廠和水泥廠等工業(yè)生產(chǎn)排放的高濃度二氧化碳都被用來生產(chǎn)人民的食糧了，天更藍，水也更綠，人們的生活和生產(chǎn)方式也轉(zhuǎn)變了。

另一方面，規(guī)?；娜斯ず铣傻矸墼诮鉀Q人類的口糧問題后，也會促進人類文明的轉(zhuǎn)移或與其他文明融合。當(dāng)人類走向太空探索地外文明和拓展生存空間時，人工合成淀粉能最大程度地滿足人類向太空探索的飲食需求，實際上也是在為人類文明形態(tài)的向外發(fā)展和與外星文明交流和融合提供基礎(chǔ)和可能。

可能仍在50年后，2071年9月的某一天，中國西北某航天飛機發(fā)射站正一片忙碌，中國的神舟501正準(zhǔn)備發(fā)射升空，準(zhǔn)備飛向太陽系之外的另一個行星開普勒-62e進行探索，這顆行星和地球高度相似，這顆行星幾乎被海洋覆蓋，存在土壤和巖石表面，有著多云的天空，溫暖潮濕的氣候。因此，這是人類探索和接觸地外生命的一個理想場所。

飛向開普勒-62e可能需要一年半載，在地面的準(zhǔn)備中，在神舟501艙內(nèi)，安裝了5個1立方米的人工淀粉生成器，還有幾個水生成器。保障在飛往開普勒-62e整個旅途中，航天員和研究人員不會缺食少水。這是人工合成淀粉獲得普及并成為人們主要食糧之后，改變?nèi)祟惿畈⑼七M人類文明發(fā)展和轉(zhuǎn)換的一種理想應(yīng)用場景。能否實現(xiàn)，可能需要長期的努力。

人工合成淀粉只是開了一個好頭，從投入和產(chǎn)出來計算，只有當(dāng)二氧化碳到淀粉合成的電能利用效率再提高數(shù)倍，淀粉合成的碳素轉(zhuǎn)化速率再提高數(shù)十倍，才能與農(nóng)業(yè)種植競爭。如此，也可以節(jié)約90%以上的耕地和淡水資源，避免農(nóng)藥、化肥等對環(huán)境的負面影響。

▲中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所蔡韜副研究員在實驗室展示人工合成淀粉樣品（9月16日攝）。新華社記者 金立旺 攝

現(xiàn)在人工合成淀粉至少需要10種酶，才能逐步將一碳的甲醇轉(zhuǎn)化為三碳的二羥基丙酮，進一步轉(zhuǎn)化為六碳的磷酸葡萄糖，最后轉(zhuǎn)化為淀粉，而且，這個過程涉及11步生化反應(yīng)，因此，人工淀粉要成為比農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的小麥、大米、玉米等產(chǎn)品成本更低、產(chǎn)量相同和營養(yǎng)、口感更好的糧食產(chǎn)品，還需要在技術(shù)方面改進，而且，在產(chǎn)品生成后的加工上需要投入更多的工作。

人工合成淀粉以及類似發(fā)明，可能會加速人類文明的進程，但還有很長的路要走。

參考文獻

重大突破！人工合成淀粉登《科學(xué)》，五問新成果，中國科學(xué)報，2021/9/24

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/9/465769.shtm

撰文/ 張?zhí)锟保▽谧髡撸?編輯/吉菁菁

出品：科普中央廚房

監(jiān)制：北京科技報 | 科學(xué)加客戶端

歡迎分享到朋友圈

未經(jīng)授權(quán)謝絕轉(zhuǎn)載