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9月24日，我國中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所的科學(xué)家們在Science上發(fā)表了一項(xiàng)重要的研究成果，首次從二氧化碳出發(fā)合成了淀粉（以下簡稱人工合成淀粉或合成淀粉）。

大家都知道，淀粉的合成在自然界是需要通過植物的光合作用完成的，以二氧化碳為原料，空手套淀粉這事還是第一次。

有些讀者說希望我講講這個(gè)話題，不過植物學(xué)、太陽能、化學(xué)合成、固碳都不是我熟悉的領(lǐng)域，我只能站在生物學(xué)大領(lǐng)域的角度談一談，一己之見，僅供參考。

人工合成淀粉是在模擬

光合作用是“光驅(qū)動(dòng)的合成作用”的簡稱，分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)。

光反應(yīng)是通過葉綠素等色素吸收光子的能量來做兩件事，一是獲取高能量高活性的ATP；二是裂解水分子，放出氧氣，并獲得氫和電子（也就是還原力）。

其本質(zhì)是把光能轉(zhuǎn)變成了化學(xué)能，但這些化學(xué)能的存在形式具備高活性、高反應(yīng)性，并不能長期儲(chǔ)存。

而暗反應(yīng)則是用這些化學(xué)能來固定二氧化碳，生成能夠長期儲(chǔ)存的化學(xué)能——糖類（葡萄糖和淀粉等）。

顯然，合成淀粉模擬的是暗反應(yīng)這一步。

前兩天看到一種說法，認(rèn)為“光合作用關(guān)鍵的是光反應(yīng)，而合成淀粉的反應(yīng)既沒有利用太陽光的能源，也沒有裂解水，也沒有放出氧氣，后面的固定二氧化碳以及合成淀粉還都得耗電，因此這項(xiàng)研究是蒙人的。”

這個(gè)說法看似有理，其實(shí)非常有失公允。暗反應(yīng)也是光合作用中很重要的一步，怎么能被認(rèn)為是無足輕重呢？此外，涉及到光反應(yīng)還有更重要的一個(gè)問題，就是我們下面要討論的能量轉(zhuǎn)化效率的問題。

人工光合作用的瓶頸

既然這項(xiàng)技術(shù)是在模擬暗反應(yīng)，那么有沒有模擬光反應(yīng)的技術(shù)呢？

當(dāng)然有了，那就是光伏發(fā)電啊。光伏發(fā)電一方面獲得了電能，同時(shí)電能還可以分解水得到單質(zhì)的氫和氧。你看這一步和植物的光反應(yīng)是不是很像？而且，現(xiàn)在光伏發(fā)電的效率已經(jīng)明顯高于植物對陽光的利用。

那么，我們用光伏發(fā)電，再用電能去驅(qū)動(dòng)暗反應(yīng)，生產(chǎn)有機(jī)物，豈不是很好？

也就是說，人工光合作用的瓶頸其實(shí)并不在光反應(yīng)，而是在暗反應(yīng)。光伏發(fā)電有個(gè)短板是電能不好儲(chǔ)存，合成淀粉恰恰能把電能變成化學(xué)能長期儲(chǔ)存和運(yùn)輸。

當(dāng)然，所用電能也不局限于光伏發(fā)電，也可以是風(fēng)電、水電、核電，總之只要成本合算就好。假如將來有了可控?zé)岷朔磻?yīng)就更好。

我們知道，地球上所有生命所需的能源歸根結(jié)底都來自太陽光，但動(dòng)物和真菌以及大部分的細(xì)菌都不會(huì)利用太陽光，只有植物和一些細(xì)菌（主要是藍(lán)細(xì)菌）才能利用陽光的能量合成有機(jī)物，而我們動(dòng)物只會(huì)把這些有機(jī)物氧化分解成二氧化碳和水等小分子。

因此，在生態(tài)學(xué)上，植物是生產(chǎn)者，而我們是消費(fèi)者（是不是有點(diǎn)慚愧？）。現(xiàn)在如果我們也能從二氧化碳出發(fā)來合成糖類，那是不是意義很大？當(dāng)然，這只是一種好玩的說法。

實(shí)際上，這項(xiàng)研究在理論和技術(shù)上貢獻(xiàn)都很大。

首先，它并不是通過反復(fù)摸索試驗(yàn)最后僥幸成功的，而是先通過理論計(jì)算，找出候選途徑，再去實(shí)驗(yàn)。雖然還是少不了摸索和試錯(cuò)，但計(jì)算顯然起了非常大甚至是決定性的作用。

其次，合成本身的技術(shù)對今后的研究也相當(dāng)有價(jià)值。媒體的報(bào)道過于強(qiáng)調(diào)它潛在的應(yīng)用價(jià)值，實(shí)際上它直接的貢獻(xiàn)在于理論和技術(shù)方面。

關(guān)于合成淀粉的應(yīng)用，媒體講的最多的是合成食物。然而，從應(yīng)用的角度來看，合成食物可能會(huì)排得比較靠后。

首先，食物的要求很高。農(nóng)作物雖然生產(chǎn)效率不高，但它們是無毒無害的，農(nóng)產(chǎn)品通常只需要碾米磨面這樣的粗提就可以食用?？墒?，人工合成的淀粉就不一樣了，很可能伴有有毒的副產(chǎn)物，這樣提取的難度和成本就會(huì)很高。況且，人類也不需要吃純淀粉。甚至，家畜家禽也不太需要吃純淀粉。

我覺得這個(gè)說法還是公允的。

一方面是效率有待提高，另一方面還有其他的技術(shù)難題，比如設(shè)備的成本，就是說即使它的效率比農(nóng)業(yè)高，但如果設(shè)備成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于種子、化肥、農(nóng)藥、農(nóng)機(jī)等等，那么還是不合算。

因此，合成淀粉應(yīng)用的大頭應(yīng)該首先是作為工業(yè)原料。

事實(shí)上，糧食產(chǎn)品很多也作為工業(yè)原料，比如說抗生素的發(fā)酵就要用掉大量的玉米淀粉、玉米油、玉米漿、豆油、豆餅等等；人們還用玉米淀粉來生產(chǎn)酒精作為汽車的能源等等。

如果合成淀粉能夠作為這些工業(yè)的原料，我們就能省下更多的耕地來種植人類食物和牲畜的飼料。

值得一提的是，有媒體刻意提到中國人的主食是淀粉來彰顯這項(xiàng)研究的意義，這個(gè)也大可不必。我國主食淀粉已然太多，應(yīng)該減少，更不該添加純淀粉。這項(xiàng)研究已經(jīng)非常偉大的，不必找不合適的理由給它貼金。

一項(xiàng)技術(shù)從誕生到應(yīng)用，我們很難說從0到1更難，還是從1到10更難。但不論如何，人們已經(jīng)完成了從0到1這一步。雖不應(yīng)盲目樂觀，但適度樂觀展望一下還是可以的。

不要指望一項(xiàng)偉大的研究能夠畢全功于一役，也不要因?yàn)橐豁?xiàng)研究不能畢全功于一役就否定它是偉大的研究。

這就好比人類第一次發(fā)射火箭是一些偉大的成就，但它還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能把人類送上火星，后者需要無數(shù)偉大的研究串起來才行，但你總不能說發(fā)射火箭也算不了什么，反正也上不了火星。