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二氧化碳|“喝西北风”也能活？我国学者用二氧化碳人工合成淀粉

我们总是擅长用发展的办法来解决发展中的问题 。长远来看，这一技术属于生物合成领域的里程碑式的突破进展，具有极强的工业潜力，也是宇宙星际移民必备技术 。
今天，我国科学家轰动科技界的一项大研究出世：二氧化碳到淀粉的人工合成技术 。这不仅是人类首次找到了替代植物光合作用获取淀粉的方法，还为推进“碳达峰”和“碳中和”目标实现的技术路线提供了一种新思路 。
多位中外专家评论认为，不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳合成淀粉，将是影响世界的重大颠覆性技术 。这更让人们看到一种可能——农业可以由种植模式向工业车间生产模式转变，人类向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础 。
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 。
这项成果的意义还不止于此，它也意味着，继上世纪60年代中国首次人工合成了结晶牛胰岛素后，我国科学领域迎来的第二次巅峰突破！
牵一发而动千钧，在科技向善的每一个步伐上，一切事物内涵的好坏兴废、生物间的渊源发展及亲疏都关系到国家系统工程的推进 。这一研究成果也终于在今天回应了习总书记两年前的讲话，要在推动美丽中国建设的伟大进程中，追求人与自然和谐，山峦层林尽染，平原蓝绿交融，城乡鸟语花香 。这样的现代化建设，既能带来美的享受，也是人类走向未来的依托 。
在新千年，我们曾展望：21世纪将是生命科学的时代 。时至今日，我们遥看未来之中国、未来之世界，心有澎湃，也更有底气 。
在成果背后，是中科院天津工业生物技术研究所与中科院大连化学物理研究所等院内外研究团队的联合攻关，6年深耕，创制了一条利用二氧化碳和电能合成淀粉的人工路线 。
中国科学家在淀粉人工合成方面取得的重大颠覆性成果，也获中外同行专家高度评价，认为这是典型的0到1原创性突破，是扩展并提升人工光合作用能力前沿研究领域的重大突破，是一项具有‘顶天立地’重大意义的科研成果”，不仅对未来的农业生产、特别是粮食生产具有革命性的影响，而且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义，将在下一代生物制造和农业生产中带来变革性影响 。
合成淀粉技术开了一扇窗
能量转化效率从自然的2%到人工的10%
植物之所以被称为食物链的生产者，是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量 。通过食用，食物链的消费者可以吸收到植物及细菌所贮存的能量 。对于生物界的几乎所有生物来说，这个过程是它们赖以生存的关键 。而地球上的碳氧循环，光合作用是必不可少的 。
归根到底，我们吃的食物是植物通过光合作用生产的 。而光合作用极简化之后，就是以绿色植物为反应平台，以太阳能为能量，经过一系列生化反应，将空气中的二氧化碳（无机碳）以及水转化为碳水化合物（有机碳）并释放氧气的过程 。
其中最重要的也是限制性的因素就是反应平台（植物），关系到碳水化合物转化的数量及效率 。我们农业种粮食，本质都是为了提供光合作用的"反应平台" 。比如保护耕地增加种植面积，是为了增加"反应平台"的数量；培育高产品种是为了提高"反应平台"的转化效率 。而搭建植物这个反应平台是个"漫长"且困难的过程，从播种到收获，会经历几个月到几年的时间，还会受很多非人为因素的影响，如适宜生长的环境（温度、光照、水分、土地养分等），病虫害、自然灾害等 。
在这些难以完全可控的因素背后，中国有像袁隆平一样的水稻专家，致力于农作物的丰产扩种，解决世界粮食短缺问题；也有像马延和一样的生物科学研究员，完全跳出光合作用的路径，采用了纯工业的手段来搭建"反应平台" 。
植物的生存反应环境，涉及到模拟叶绿体的环境、各种膜系统、各种酶，在植物体内，这个过程涉及大约 60 步生化反应、复杂的生理调节，理论上总体能量转换效率在 2% 左右 。由于光合作用的过程极为复杂，人工光合作用的研究一直进展不大 。而在人工合成淀粉技术中，耕地、气候等限制因素基本排除，理论上只要原料和能量充足，在各种环境下就能稳定生产淀粉（食物） 。


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