韩国牛肉1公斤超千元,日本无薯条可炸:别慌,中国这项技术可能有用

阅读: 作者:admin   发表于 2021-10-25 17:52

  

  进入10月,一组新闻看得人心惊肉跳:全球多国的“菜篮子”和“饭碗”都开始疯狂涨价。

  先说不那么夸张的,素食大国印度,蔬菜价格已经普遍上涨了1倍到1.5倍。

  而在韩国,一公斤五花肉现在已经暴涨到了185块钱,一公斤牛肉,更是卖到了1090人民币的惊人天价。

  日本呢,则是连普通的炸薯条都开始严重短缺,到了你有钱也买不到的地步,与此同时,各大面粉公司宣布提价,各种面食的价格也要全线上涨……

  根据联合国粮农组织发布的数据,去年至今,全球粮价在15个月内已上涨了40%。

  联合国秘书长古特雷斯在10月16日指出,目前全球新增饥饿人口1.4亿,另外还有大约30亿人得不到健康饮食,而粮食生产、消费和浪费给气候和自然环境带来的“历史性”压力,每年还会造成数万亿美元的额外损失。

  我们还有希望走出这种“粮食困境”吗?当然啊!

  视线回到国内,前不久,中国科学家团队在顶级学术期刊《科学》上发表了一项突破性原创研究:他们在实验室里以二氧化碳为原料,不依赖植物光合作用,直接人工合成出了淀粉!

  要知道淀粉可是粮食最主要的成分啊,而二氧化碳则是空气的主要成分和全球气候变化的罪魁祸首。

  这项研究因此被网友们戏称为“空气变馒头”,一旦大规模应用,不就意味着:人类种粮万余年来都没有摆脱的饥饿,将会被彻底消除了?可不就是吃饭环保两不误了么!

  那么问题来了,这项研究有望成为21世纪人类最伟大的科学发现吗?

  数万年来第一次

  人类有可能摆脱“耕种文明”

  关于“人工合成淀粉”的重要意义,目前网络上议论很多。

  例如有人说,这项研究可能彻底地改变人类的食物和能源结构,堪比“核武级”成就。

  那么有没有一个合适的评价标准呢?这里,我们不妨借用一下诺贝尔化学奖的评价标准,来衡量一下“人工合成淀粉”的学术价值。

  从历史经验来看,获得诺贝尔化学奖的成就,一般都要符合两个特征。

  第一,必须是从0到1的重大科学突破;第二,对人类的生活产生重大影响。

  我们先来看看第一个标准,即,“人工合成淀粉”是不是人类从0到1的重大科学突破呢?

  先来看看官方的评价:

  这是继上世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后,中国科学家又在人工合成淀粉方面取得重大颠覆性、原创性突破——国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。

  淀粉虽然是我们生活中最常见,人类最离不开的物质之一,但如何高效地把二氧化碳变成淀粉,此前一直都只有植物才会,可以说这是一项只有植物才拥有的“天赋技能”。

  植物要想做到这一点,需要进行大约60步的代谢过程,其中涉及到的生化调控更是无比地复杂,比如它要经过光合作用、卡尔文循环、碳碳缩合、聚合生成等等。

  就我们大部分人的知识储备来说,估计在光合作用这一关,就已经彻底懵圈了。

  另外,在自然界中,要想通过光合作用,其中核心中的核心就是——叶绿体。

  而这次这个合成最大的特点就是: 我们直接绕过了叶绿体。

  所以,这次的研究,与人类第一次合成化肥、第一次合成蛋白质、第一次成功克隆细胞等,都是同样量级的突破。

  而且我们甚至比植物做得还好。

  就拿生成淀粉效率比较高的玉米来举例,它将二氧化碳转化成淀粉的能量转化效率只有大约2%,而我们这次人工合成淀粉的技术,理论上则可以将转化效率提高到10%,而且速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。

  另外,种植玉米,从播种到收获,大概要2~4个月的时间,并且在这个过程中,我们还需要大量的土地,还不得不面对各种不可控的天气变化事件造成的减产甚至是绝收。

  而人工合成淀粉,我们只需不受地理、天气等条件的限制。

  并且,按照论文中公布的数据,只需要一立方米的生物反应器,就能达到5亩玉米地的同等产量。

  长远来看,采用这种合成办法,可以解决农业所需的耕地、淡水资源问题,也能够避免农药和化肥等的使用,改善粮食安全。

  离走进我们的生活

  还有很长一段路要走

  那么接下来,就是第二个问题了:人工合成淀粉,会对人类的生活产生重大影响吗?

  换句话说就是,这项科研成果会不会得到大规模的应用。

  这里,有两个历史案例,可供我们参考。

  人类历史上,第一次靠人工成功合成出只有大自然才能产生的物质,是在1909年,德国著名的化学家弗里茨·哈伯,首次在实验室中人工合成了氨气。

  为什么是氨气呢?

  故事就要从1898年,英国皇家学会院士威廉·克鲁克斯发表的一个演讲说起。

  那时,科学家们意识到了一个紧急且致命的问题——人类即将面临粮食危机。

  地球上已经没有更多可耕种的土地,然而 “人类饥饿的嘴巴在继续繁殖”,而解决办法只有一个字:肥料。

  肥料的核心是氨;而氨气,实际上就是氮元素和氢元素的化合物,空气中充满了氮。

  所以,有科学家提出:求助于化学,用空气中的氮气来合成氨。

  这个思路和逻辑,是不是和现在的二氧化碳合成淀粉如出一辙?

  弗里茨·哈伯 在研究中发现是“可行的”,但 实验需要至少需要100个大气压,还需要稀缺而且昂贵的催化剂锇。

  然而现实确是,在工厂里7个大气压就可以炸毁了一个高压釜,就连哈伯自己也认为这一实验完全没有“商业化生产的价值”,所以他的结论是“放弃合成氨这个思路”。

  尽管困难重重,在巴斯夫公司的研究员卡尔·博施(Carl Bosch)的不懈努力下,哈伯的发明被推向工业化生产,该方法也被后世称为 “哈伯-博施法”。

  第一次世界大战之后,世界各国开始普遍采用哈伯-博施法固氮,哈伯也因此荣获了1918年度的诺贝尔化学奖。

  据学者们计算,如果没有这项技术,当今世界大约有二十亿人将无法生存。

  第二个例子是合成蛋白质。

  或者说得更准确一点,就是1965年,中国科学家人工合成了结晶牛胰岛素,这是世界上第一次人工合成蛋白质。

  对于科学而言,这是伟大的突破,它标志着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途中迈出了关键性的一步。

  人工牛胰岛素结晶

  但是半个多世纪过去,实际情况是怎样的呢?不仅供人类食用的蛋白质还是依靠天然来源,就连胰岛素本身也没有走向人工合成这条路, 而是利用基因工程和微生物来大量制造。

  所以,判断一项技术最终能不能走向量产,成本也许是最为关键因素,也许没有之一。

  回到“人工合成淀粉”的研究,技术路径是这样的:先用二氧化碳和氢气合成出甲醇,然后再用10种催化酶将甲醇通过11步复杂的催化反应最终合成出淀粉。

  其实在光合作用里门槛最高、最复杂、耗能最多的步骤其实是捕获和固定空气中浓度很低的二氧化碳,在全球能量问题都没有彻底解决的当下,研究者们的合成路线起点是甲醇,等于是先战略性地绕过了最难的步骤。

  其次就是催化反应中所需要的的10种催化酶,其生产成本也不低,它需要首先从各种生物中提取出来,然后经过人为改造,整个技术的亮点和难点就在这里——复杂而且成本很高。

  所以,它的未来是像合成氨那样成为常规的工业生产技术,还是像合成蛋白质那样只是作为科学研究能力,只能靠时间去验证。

  生物融合

  改变未来世界的5大原动力之一

  虽然“人工合成淀粉”还只是处于实验室阶段的成功,离大规模的实际应用还早,但我们已然站在下一个发展新纪元的路口。

  在《原动力:改变未来世界的5大核心力量》一书中,硅谷重量级创业教父、硅谷知名创业孵化器“创始人空间”CEO,被称为“霍夫曼船长”的史蒂文·霍夫曼认为:

  作为正在我们周围发生的技术变革背后的推动力,有5种基本力量将决定我们人类选择的方向,即,海量连接、生物融合、人类扩张、深度自动化、智能爆炸。

  以他提到的“生物融合”为例,这种力量会推动人类把生物学与其他技术融合起来,从而使我们能够解码构成生命的基本模块,创造出全新的动植物物种,征服疾病并提升人类的能力。

  在这方面,比“人工合成淀粉”走得更远的是“人造肉”。

  “不可能食品”(Impossible Foods)和“超越肉食”(Beyond Meats)这两家公司的素食汉堡肉已经出现在了快餐店中。

  “不可能食品”公司生产的人造肉

  而总部设在加州伯克利的“孟菲斯”(Memphis Meats)则开始利用生物反应器来生产真正的肉类。

  除了能够挽救无数动物之外,基于实验室技术的肉类生产还能够挽救濒于崩溃的地球环境。

  因为单就全球范围内的肉牛和奶牛养殖来说,它们每年打嗝和放屁所排放的甲烷已经可以单独组团成世界第三排放大国。

  但和“人工合成淀粉”面临的相似困境一样,实验室培养肉制品的能量消耗巨大,碳排放量是农场养殖的5倍。

  但毫无疑问,用“生物融合”的方式生产食物已经成为未来整个人类文明前进的必然方向,更何况地球资源已经不堪重负。

  而“人工合成淀粉”对于太空探索和星际移民来说,意义重大,它让我们找到了不用在飞船上储存很多食物的理论可能性。

  不过人类文明的进步是一个系统性工程。

  “人工合成淀粉”未来是否会大规模进入到我们的生活,取决于我们是否能找到廉价、环保的能源,而它能否走进太空,为星际探索提供源源不断的食物,又取决于未来航天科技(000901)的发展。


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