中国用空气合成淀粉，未来的粮食还需要种植吗？或许用不了多久，我们光是刮几阵西北风，就能吹垮美国的粮食霸权。就在前几天，中国科学院天津工业生物和大连化学物理研究所的科学家们，在国际顶级学术期刊《科学》上发表了一篇人工合成淀粉的论文，一经发表，瞬间引爆了合成生物界。不少专家对这项成果的评论是：不依赖植物光合作用，单靠人工固定二氧化碳就能合成淀粉，无疑是一项重大的颠覆性技术。要知道，人类每天的主要能量来源——大米和白面，其淀粉含量均超过70%。解决了淀粉，不就相当于解决了一半以上的粮食问题吗？不过每项成果的出现，有肯定的声音，就会有质疑的声音，人工合成淀粉，咱人类真的能吃吗？如果能吃，那距离打破美国粮食霸权还有多远？

利用二氧化碳合成淀粉

其实这件事情刚出来的时候，不少人对它是没什么感觉的，因为淀粉这东西太常见了。但是咱们仔细想想，大米是不是比淀粉更常见？可美国不照样把它当成武器，随随便便就能让一个实力不济的国家陷入粮食危机吗？因此中国人的这项成果，如果站在国家层面上看，是有着历史性意义的。当然了，从科学的角度去看，这项成果也一样震撼。我们大概从初中开始，就接触了光合作用。当时书本上解释光合作用生成淀粉，就是简单几段话带过。而在真实的自然环境中，光合作用生成淀粉却是要经过大概60个生化反应，同时在发育过程中，农作物对土地、水、肥料以及日照等资源都有要求，因此农作物成熟都需要数月时间，但最后的成果只能说是中规中矩。所以有科学家就想，有没有什么方法能够提高粮食的质量和产量呢？于是杂交水稻应运而生。

不过杂交水稻虽然成就卓著，但并不是解决粮食问题的唯一方法，于是另一批科学家开始寻求人工合成粮食的可行性。如此一来，人类就可以摆脱对淡水、土地等资源的重度依赖。2015年，天津工业生物技术研究所的研究员——蔡韬及其团队，在天津市财政专项的支持下，立项展开了二氧化碳合成淀粉的研究。一开始蔡韬等人踌躇满志，对这项研究充满了希望。只不过现实总是有些不尽人意，不仅实验经常失败，还要时不时就坐一下冷板凳。对此，蔡韬觉得“搞科学研究，尤其是这种从0到1的科学研究，结果跟预期不同是常态，只要丰富了人类知识的内涵，哪怕最后此路不通，也是一种成功”。通过这段话我们不难看出，科学总是充满了戏剧性，就在失败概率大于成功概率的时候，2021年，蔡韬等人取得了突破性进展。他们在实验室合成出来的物质，在加入了碘之后，变蓝了。

也就是说，他们终于成功了！随后，这项研究成果被发表到了国际顶尖学术期刊《科学》上。大家知道《科学》杂志的要求有多高吗？他们每周发表论文只有20篇左右，而全世界的研究机构那么多，其竞争的激烈程度可想而知。据说，每年大约有7000篇论文投稿到《科学》编辑部，但最后录用的一般不超过15%。因为投稿被录用的原则是论文必须对科技进步有巨大贡献。所以，中国实现全人工合成淀粉这一成果的级别自然是不用多说了吧。

那它具体是怎么合成的呢？简单来说，就是通过植物、微生物和动物等31个不同的物种，近62种生物酶催化剂，经过设计和优化组合，将二氧化碳还原为甲醇，再转换为三碳化合物，进而再转化成六碳化合物，最后聚合成淀粉。由于这项技术只有11步反应，比植物自然生成淀粉节省了大概50步，所以转化速率高得惊人。根据目前提供的技术参数，再能量供给充足的条件下，1立方米大小的生物反应器，每年产生的淀粉，相当于种植5亩地玉米产生的淀粉量。而且合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍，更重要的是其组成和自然产生的淀粉完全相同。所以从效率和产量上来看，这项技术的发展前景就已经非常广阔了。再考虑到淀粉在生成过程中会消耗大量二氧化碳，那么气候变暖问题也将得到很大改善。

应用前景

目前，不仅是工业生产，汽车排放，就连畜牧业都是碳排放的大头。根据联合国给出的报告，如今全球的气温已经提高了1.1℃，距离1.5℃这个阈值仅有0.4℃之差，可见，解决气候问题迫在眉睫。如今我们有了人工合成淀粉这项技术，如果拿来固定二氧化碳，这效率比农业和植物快多了。那么，从二氧化碳的角度思考，我们再把脑洞放大一点，或许在未来，充满二氧化碳的火星都将是人类淀粉的生产基地。当然了，只生产淀粉肯定是不行的，淀粉只是第一步，以此为基础，人类还要解决粮食问题。民以食为天，一直以来，农业问题关乎了人类的生死存亡。然而自然种植粮食却存在很多不确定因素，比如水资源。目前我国水资源的现状不容乐观。

34个省份中有16个面临水资源短缺问题，300个城市存在不同程度缺水。2019年中国水资源总量为28670亿立方米，仅农业用水就占全国总用水量的61%。所以如果未来能够人工合成粮食，那么水资源人均不足的问题将会得到极大改善，同时还不用受耕地面积紧缺的限制。如今，我国耕地面积差不多150万平方公里，占国土面积的16%左右，连1/5都不到，其余的国土面积要么就是高山，要么就是沙漠或是用来搞建设，没办法用来搞农业。可如果用了人工合成淀粉技术，那么高原、沙漠等之前一切不适合农业种植的地方，将都能变成粮食产地。可见，这项技术能带来的好处是非常巨大的。不过还是有人会悲观看待问题，觉得：人工合成淀粉会不会有化学物质不能去除，它真的能供给人类食用吗？

人工合成淀粉的安全性

对于这个问题，我们借用丘吉尔的一句话“回溯往昔，你向后能看多远，展望未来，你向前就能看多远”。人类的农业之所以能走到今天，不就是依靠不断大胆尝试新鲜事物吗？比如上世纪初，人类第一次把空气中的氮气变成氮肥，并施加给农作物，极大提高了农作物的生长和最终产量，这些年咱们不是也吃得挺香的吗？况且，用来制造淀粉的工厂可不是我们平时印象当中又黑又脏满是烟尘的工厂，这个工厂看起来更像是酿酒厂，因为人工淀粉并不是利用无机化学的方式合成的，而是通过酵母发酵产生，其背后是一整套生物反应容器。从这个角度来看，人工合成淀粉显然比满是色素的饮料还要安全。

所以，人工合成淀粉目前最大的问题，并不是什么安全性问题，而是能量问题。要知道，从淀粉到二氧化碳，是一个逐步释放能量的过程。而二氧化碳到淀粉，自然就是吸收能量的过程。那么，能量从何而来？其实，和很多人想象的不同，这项研究的重大意义，就在于它采用的能量是太阳能，也就是我们开头提到的大连化物所，他们研发的“液态阳光”。不过，由于人工合成淀粉需要较高的能耗，要实现人工淀粉的大规模量产，仅靠液态阳光是远远不够的。所以我们还要物色其他的能量来源，目前在诸多新能源当中，核能的前景是最宽阔的，如果未来50年内人类能够实现可控核聚变，那么人工淀粉就能实现大规模量产，甚至到那时候，合成粮食也都不成问题了。

那么，现在我们再看开头提出的问题，想要使用这项技术打破美国粮食霸权还有多远的路要走？其实还是挺远的，毕竟我们只是实现了人工淀粉从0到1的突破，而未来我们只有实现从1到100的突破，才能更进一步的合成大米或是面粉。到那时，我们才真的有可能用这项技术打破美国的粮食霸权。