空氣也能造出饅頭，是不是覺得不可思議？

但這不是魔術(shù)，而是科學(xué)

“無中生有”的淀粉

中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所完成了全球首例從二氧化碳到淀粉的人工合成，他們以二氧化碳和氫氣為原料，實(shí)現(xiàn)了“從0到1的原創(chuàng)性突破”。

不久，相關(guān)研究論文《Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide》在線發(fā)表于《Science》雜志。

那為什么要合成淀粉呢？

1立方米=5畝玉米產(chǎn)量

淀粉的應(yīng)用廣泛。除了食用外，它安全無毒，可作為吸附劑、成膜劑、皮膚調(diào)理劑，在面膜、霜、粉餅、散粉中均可使用；同時(shí)，它也有干燥劑和藥囊膜的用途。

以往，淀粉由綠色植物合成。以玉米為例，它將二氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)榈矸坌枰?jīng)過60多步代謝反應(yīng)和生理調(diào)控，耗時(shí)數(shù)月，占用大量的土地、淡水、肥料等資源，太陽能利用率低于2%。

但在能量充足的情況下，以二氧化碳和電解質(zhì)產(chǎn)生的氫氣為原料，1m大小的人工合成淀粉機(jī)器的年產(chǎn)量相當(dāng)于5畝玉米可生產(chǎn)淀粉的平均年產(chǎn)量。此外，人工合成淀粉的速率是玉米淀粉的8.5倍，大大地提高了淀粉產(chǎn)量與資源利用率。

它的意義，遠(yuǎn)不止于此。

一旦人工合成淀粉機(jī)器投入使用，就可以節(jié)約90%以上的耕地和淡水資源，減少化肥使用。把耕地還給森林，把溝渠還給海洋，青蔥的穗苗變成蒼郁的大樹，縱橫的水渠涌出清澈的山泉。斑駁的光影從葉梢的間隙落到草地，波光粼粼的河面上吹來清爽的風(fēng)，這是自然饋贈(zèng)給人類的富饒土地。

這也是科學(xué)與自然的共舞。

從無機(jī)到有機(jī)

19世紀(jì)初，科學(xué)界普遍認(rèn)為，無機(jī)物與有機(jī)物涇渭分明，有機(jī)物只能通過生命體得出。但在1828年，德國(guó)化學(xué)家Friedrich Wohler打破了該固定認(rèn)知，他用無機(jī)物氰酸銨合成出有機(jī)物尿素，從此打開了人工合成有機(jī)物的新世界。

為了實(shí)現(xiàn)從無機(jī)物二氧化碳到有機(jī)物淀粉的合成，2016年，中科院天津工業(yè)生物所成立了專門的科研團(tuán)隊(duì)。他們先利用算法從7000多種化學(xué)反應(yīng)中設(shè)計(jì)了11步主反應(yīng)，然后采用類似“搭積木”的模塊法方式，將理論上的11步變成4個(gè)部分，一步一步完成了科學(xué)的拼圖。

STEP1 | 在高密度氫能作用下利用催化劑，將高濃度二氧化碳還原為碳一化合物；

STEP2 | 設(shè)計(jì)構(gòu)建碳一聚合新酶，利用化學(xué)聚糖反應(yīng)將碳一化合物聚合成碳三化合物；

STEP3 | 通過生物途徑優(yōu)化，將碳三化合物聚合成碳六化合物；

STEP4 | 合成直鏈和支鏈淀粉。

整整6年的時(shí)間，在數(shù)百次測(cè)試和33本實(shí)驗(yàn)記錄的見證下，科研團(tuán)隊(duì)終于制造出了這來之不易的淀粉。這也意味著在不久的將來，淀粉可以像車間生產(chǎn)精釀啤酒一樣制造。

在護(hù)膚品方面，人工合成淀粉的成功提供了成分合成的新思路。當(dāng)溫室氣體二氧化碳，也能夠通過算法和模塊化思維制造出所需的物質(zhì)，那未來是否也能嘗試從隨處可見的原料甚至是廢料中，合成出功效強(qiáng)大的成分呢?如果能夠?qū)崿F(xiàn)，這將大大降低能耗和成本，更加環(huán)保。

科學(xué)存在的意義就是

將無數(shù)個(gè)“異想天開”變得“有跡可循”

將“無中生有”變成“從0到1的突破”

讓人與自然更加和諧，讓未來充滿無限可能

參考資料：

陸成寬 科技日?qǐng)?bào)《我國(guó)科學(xué)家在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)人工合成淀粉》

中國(guó)測(cè)試《神話還是科技“西北風(fēng)”真的能喝了》