作者：天涯愛(ài)科學(xué)

近日，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所在淀粉人工合成方面取得重大突破性進(jìn)展，國(guó)際上首次在實(shí)驗(yàn)室人工合成了淀粉，此項(xiàng)成果昨天在著名期刊《科學(xué)》雜志發(fā)表。合成淀粉說(shuō)是人類發(fā)展史上開(kāi)天辟地的成就也不為過(guò)，筆者梳理一下整個(gè)事件，發(fā)現(xiàn)以下7個(gè)要點(diǎn)是最值得關(guān)注的：

中國(guó)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(shí)驗(yàn)室展示人工合成淀粉樣品

一、合成淀粉六年磨一劍

事實(shí)上早在2018年7月24日，也就是三年多前，就已經(jīng)第1次成功人工合成淀粉了。但是當(dāng)時(shí)并沒(méi)有急于公布，為慎重起見(jiàn)，天津工業(yè)生物技術(shù)研究所反復(fù)安排不同的科研人員不斷重復(fù)實(shí)驗(yàn)，不但確認(rèn)了實(shí)驗(yàn)的可重現(xiàn)性，而且還不斷提高了合成效率，在此后兩三年時(shí)間里，將合成效率提高了150多倍。事實(shí)上這個(gè)項(xiàng)目早在2015年就開(kāi)始了，在長(zhǎng)達(dá)6年的冷板凳時(shí)光里，這個(gè)平均年齡才30多歲的團(tuán)隊(duì)始終沉得住、坐得穩(wěn)，以“6年磨一劍”精神讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)無(wú)懈可擊，經(jīng)得起一切科學(xué)檢驗(yàn)。

二、合成速度遠(yuǎn)超自然合成

自然條件下，植物合成淀粉經(jīng)歷了數(shù)10億年的自然進(jìn)化，才形成了淀粉合成的生理機(jī)制。在光合作用下，從二氧化碳到淀粉的生成，植物合成要經(jīng)過(guò)60多步的代謝反應(yīng)和復(fù)雜的生理調(diào)控，前后至少要經(jīng)過(guò)100~120天時(shí)間（以玉米為例），而在實(shí)驗(yàn)室條件下，合成步驟大幅減低到11步，時(shí)間僅需大概11天左右，人工合成淀粉的速率是玉米合成淀粉速率的8.5倍。

三、合成能效遠(yuǎn)超自然合成

植物合成淀粉本質(zhì)上是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，這個(gè)過(guò)程之中，太陽(yáng)能的理論利用效率不超過(guò)2%。人工合成淀粉的太陽(yáng)能理論利用效率高達(dá)7%甚至是10%，理論能量轉(zhuǎn)化效率是玉米的3.5倍以上。

四、合成本質(zhì)是精簡(jiǎn)版光合作用

合成淀粉其實(shí)就是“光能—電能—化學(xué)能”的能量轉(zhuǎn)變方式。首先通過(guò)光伏發(fā)電將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，然后電水解產(chǎn)生氫氣；然后通過(guò)催化劑利用氫氣將二氧化碳還原生成甲醇，將電能轉(zhuǎn)化為甲醇中儲(chǔ)存的化學(xué)能，最終合成了直鏈和支鏈淀粉。值得一提的是，經(jīng)核磁共振等方法分析鑒定，合成的淀粉樣品無(wú)論成分還是理化性質(zhì)，都和自然生產(chǎn)的淀粉一模一樣。而且不僅能合成易消化的支鏈淀粉，還能合成消化慢、升糖慢的直鏈淀粉。

五、合成過(guò)程依然是生物酶自然轉(zhuǎn)化

從報(bào)道中可知，雖然說(shuō)是人工合成，但來(lái)自生物的自然因素還是在其中起到了關(guān)鍵的作用。報(bào)道中提到，在甲醇轉(zhuǎn)化為淀粉的過(guò)程之中，利用了“生物酶催化劑”?？蒲腥藛T精心研究了動(dòng)植物、微生物等31個(gè)不同物種的62個(gè)生物酶催化劑，反復(fù)挑選比對(duì)，最終選出了10個(gè)生物酶。正是在這些生物酶的作用下，實(shí)驗(yàn)室條件下甲醇轉(zhuǎn)化為淀粉才得以快速實(shí)現(xiàn)。而生物酶的生理機(jī)制更加復(fù)雜，估計(jì)在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，還不能由人工合成。慶幸的是，這些生物酶人類目前還可以在生物多樣性的地球上提取到，只是未來(lái)，如果人類離開(kāi)地球，又到哪里去找這些生物酶呢？

六、合成產(chǎn)量1立方米=5畝玉米

從報(bào)道中可知，人工合成淀粉整個(gè)過(guò)程都是在一個(gè)生物反應(yīng)器中進(jìn)行的。在能量、原料供給充足的條件下，理論上1立方米反應(yīng)器年產(chǎn)淀粉量相當(dāng)于5畝玉米的淀粉平均年產(chǎn)量。未來(lái)如能工業(yè)化生產(chǎn)，不僅可以節(jié)約90%以上的耕地和淡水資源，還能夠避免農(nóng)藥、化肥等對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，促進(jìn)碳中和的生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展。這對(duì)人口爆炸性增長(zhǎng)的地球來(lái)說(shuō)，有著開(kāi)天劈地的意義，人類社會(huì)以后或許能從根本上解決糧食安全、環(huán)境安全等諸多問(wèn)題。

七、負(fù)排放拯救地球和人類

地球正在人類的額外碳排放中不斷變暖，阻止這一過(guò)程的任何努力目前都沒(méi)有看到實(shí)現(xiàn)的希望，根本原因就是所有這些努力都無(wú)法帶來(lái)正向的價(jià)值，比如把二氧化碳封存起來(lái)，或轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉矗歼€無(wú)法達(dá)到產(chǎn)出大于投入。而淀粉是人類及很多生命的必須品，而且消耗量驚人，如果這項(xiàng)技術(shù)能達(dá)成量產(chǎn)，可以將大量的二氧化碳轉(zhuǎn)變食物，釋放更多的耕地成林地森林，存儲(chǔ)更多的碳，從而從根本上扭轉(zhuǎn)目前凈排放的格局，讓發(fā)燒的地球逐漸降溫。

目前網(wǎng)絡(luò)上對(duì)這種技術(shù)的前景充滿了各種各樣的美好想象。筆者覺(jué)得，人工合成淀粉技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，在給地球人帶來(lái)一系列美好的前景中，“星際移民”是一個(gè)切切實(shí)實(shí)完全可期的愿望，當(dāng)然，這還需要可控核聚變等方式來(lái)提供能源。

在過(guò)去的科幻小說(shuō)中，所謂的星際航行無(wú)一不是建立在光速或超光速旅行的基礎(chǔ)上，然而目前已知的物理學(xué)還不支持這種方式。但如果解決了糧食和能源問(wèn)題，人類就可以在一艘巨大的宇宙飛船中，經(jīng)過(guò)數(shù)百代甚至數(shù)萬(wàn)代繁衍生息后，到達(dá)另外一個(gè)系外甚至是河外星球。用時(shí)間換取空間，這將是“星際移民”最具可行性的途徑。