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人工合成淀粉能解决粮食危机吗?未来还需要种地吗?

作者:易考号   2021-09-24 20:13

我国科学院天津工业生物技术研究所,在人工合成淀粉方面取得重大突破性进展,首次在实验室中实现了从二氧化碳到淀粉的合成过程。相关研究成果在线发表在了世界顶级期刊《科学》杂志。

人工合成淀粉能解决粮食危机吗?未来还需要种地吗?


客观地说,这个研究是诺贝尔奖级别的大突破。相信看到这里,很多人会纳闷:这有什么了不起的?

我们可以简单列举一下,如果这个技术实现了大规模的应用,人类的生活会变成什么样?

不再需要大量的耕地

降低大气二氧化碳含量,解决全球变暖问题

把太阳能变成液化能源

上火星不再需要不用种土豆了(注:美国大片《火星救援》中,宇航员在火星上种植土豆)

那究竟是咋回事呢?这回我们就来好好说一说这个事情。

淀粉到底有什么用?

俗话说“人活着不是为了吃,但吃是为了活着”,人如果要活下去,就必须摄取足够多的食物。而如果把食物按照成分进行分类,大概就这么几个大类:

碳水化合物(糖)

蛋白质

脂肪

无机盐

微量元素

其中,能够为人体提供能量的是碳水化合物、蛋白质和脂肪。我们日常吃的食品其实都有营养成分表,这些成分都在上面写着。

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碳水化合物是人类最主要的能量来源之一,而碳水化合物中是由碳、氢、氧三种元素组成的,是自然界中存在最多的有机化合物,由于氢氧的比例为二比一,和水一样,故被称为碳水化合物。

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碳水化合物也分很多种,我们还可以对其进行分类,分为多糖类,和单糖类。常见的多糖类就有淀粉、纤维素,而最典型的单糖类就是葡萄糖、果糖。

我们在吃粮食时,其中含有的就是淀粉,它进入人体后,会分解成单糖“葡萄糖”,葡萄糖可以在细胞内生成ATP,ATP水解后就可以释放出大量能量让人体使用。

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所以,淀粉实际上是人类最需要的能量来源,人类种植农作物的本质就是获取淀粉。在太阳光下,植物的叶绿体可以把二氧化碳和水合成淀粉,整个过程极其复杂,各种调控和和反应大概有60个步骤,十分缓慢,对于利用率和转化率极低,只有2%左右。这才使得我们需要大量的耕地来种植农作物。

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人工合成淀粉

这次合成淀粉的实验方法是另辟蹊径,仅需要11个步骤。首先是在无机催化剂下,把二氧化碳和氢气合成为甲醇,其中这里还用到了太阳能分解水制氢的技术,这也是受到了光合作用利用太阳能的启发。紧接着,再把甲醇转化成三碳化合物,再把三碳化合物合称为六碳化合物,以此类推,像搭积木一样,最后聚合成淀粉。

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和植物合成淀粉相比,操作简单,工序很少,速率快,转化率和利用率都得到了大幅度的改善,以前自然界合成淀粉时,对于光能的利用率不到2%,而这次的利用率超过了10%。也就是说,研究人员靠着太阳能、电能加上二氧化碳和水,就可以自己制备出淀粉来。

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这项技术的伟大意义,不仅仅在于多了一条淀粉生产途径,更为重要的是为我们移民外太空做准备。

太空移民的食物来源

美国大片《火星救援》中,美国宇航员马克·沃特尼被遗留在了火星,同伴们都已离开,食物也只能够维持一个月左右,但他凭借着植物学家的身份,在太空中种植土豆,依靠着土豆他存活了下来,并成功等到了地球的救援。

人工合成淀粉能解决粮食危机吗?未来还需要种地吗?


通过这部电影我们可以看出,在美国的想象中,人类移民火星的食物来源是地球供给,以及在火星表面种植农作物。

而中国的科技却打破了美国的想象,人工合成淀粉技术成功之后,未来人类移民火星,根本不用在火星表面种植农作物,而是可以直接利用二氧化碳在火星表面制作淀粉,这样制作的淀粉周期更短,而且转化率更高,能够以最少的代价获得更多的淀粉。

人工合成淀粉能解决粮食危机吗?未来还需要种地吗?


可能会有人说:既然可以人工合成淀粉,那未来是否可以不用种地了呢?

实际上,现如今还无法做到仅靠实验室合成来获取淀粉,还需要继续耕种。未来可以大规模生产之后,或许就可以减少农业种植面积。

但是除了淀粉之外,人类还需要维生素,而我们主要是从水果、蔬菜中获取维生素,再加上我们食用水果、蔬菜主要是喜欢它们的口感,所以在无法人工合成水果、蔬菜之前,我们仍旧要继续种地。

当然了,人工合成淀粉除了可以当作太空食物之外,还有非常多的好处:节约土地;早日实现碳中和;农民不用劳作,甚至可以消灭全世界的饥饿,从这些角度来看,我国科学家人工合成淀粉的技术非常重要,一旦大规模生产,将能够造福于整个地球。

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