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空气也能造出馒头，是不是觉得不可思议？ 但这不是魔术，而是科学 “无中生有”的淀粉中国科学院天津工业生物技术研究所完成了全球首例从二氧化碳到淀粉的人工合成，他们以二氧化碳和氢气为原料，实现了“从0到1的原创性突破”。 不久，相关研究论文《Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide》在线发表于《Science》杂志。  那为什么要合成淀粉呢？ 1立方米=5亩玉米产量淀粉的应用广泛。除了食用外，它安全无毒，可作为吸附剂、成膜剂、皮肤调理剂，在面膜、霜、粉饼、散粉中均可使用；同时，它也有干燥剂和药囊膜的用途。 以往，淀粉由绿色植物合成。以玉米为例，它将二氧化碳转变为淀粉需要经过60多步代谢反应和生理调控，耗时数月，占用大量的土地、淡水、肥料等资源，太阳能利用率低于2%。 但在能量充足的情况下，以二氧化碳和电解质产生的氢气为原料，1m大小的人工合成淀粉机器的年产量相当于5亩玉米可生产淀粉的平均年产量。此外，人工合成淀粉的速率是玉米淀粉的8.5倍，大大地提高了淀粉产量与资源利用率。  它的意义，远不止于此。 一旦人工合成淀粉机器投入使用，就可以节约90%以上的耕地和淡水资源，减少化肥使用。把耕地还给森林，把沟渠还给海洋，青葱的穗苗变成苍郁的大树，纵横的水渠涌出清澈的山泉。斑驳的光影从叶梢的间隙落到草地，波光粼粼的河面上吹来清爽的风，这是自然馈赠给人类的富饶土地。 这也是科学与自然的共舞。 从无机到有机19世纪初，科学界普遍认为，无机物与有机物泾渭分明，有机物只能通过生命体得出。但在1828年，德国化学家Friedrich Wohler打破了该固定认知，他用无机物氰酸铵合成出有机物尿素，从此打开了人工合成有机物的新世界。  为了实现从无机物二氧化碳到有机物淀粉的合成，2016年，中科院天津工业生物所成立了专门的科研团队。他们先利用算法从7000多种化学反应中设计了11步主反应，然后采用类似“搭积木”的模块法方式，将理论上的11步变成4个部分，一步一步完成了科学的拼图。 STEP1 | 在高密度氢能作用下利用催化剂，将高浓度二氧化碳还原为碳一化合物； STEP2 | 设计构建碳一聚合新酶，利用化学聚糖反应将碳一化合物聚合成碳三化合物； STEP3 | 通过生物途径优化，将碳三化合物聚合成碳六化合物； STEP4 | 合成直链和支链淀粉。 整整6年的时间，在数百次测试和33本实验记录的见证下，科研团队终于制造出了这来之不易的淀粉。这也意味着在不久的将来，淀粉可以像车间生产精酿啤酒一样制造。  在护肤品方面，人工合成淀粉的成功提供了成分合成的新思路。当温室气体二氧化碳，也能够通过算法和模块化思维制造出所需的物质，那未来是否也能尝试从随处可见的原料甚至是废料中，合成出功效强大的成分呢?如果能够实现，这将大大降低能耗和成本，更加环保。 科学存在的意义就是 将无数个“异想天开”变得“有迹可循” 将“无中生有”变成“从0到1的突破” 让人与自然更加和谐，让未来充满无限可能 参考资料： 陆成宽 科技日报《我国科学家在国际上首次实现人工合成淀粉》 中国测试《神话还是科技“西北风”真的能喝了》 |
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