人工合成淀粉

前两天我国中国科学院天津工业生物技术研究所的科学家们在Science上发表了一项重要的研究成果,首次从二氧化碳出发合成了淀粉(以下简称人工合成淀粉或合成淀粉)。既然是首次,也就是说以前人们做不了这件事,这事在自然界是通过植物的光合作用完成的。有些网友说希望我讲讲这个话题,不过植物、太阳能、化学合成、固碳都不是我熟悉的领域,我只能站在生物学大领域的角度谈一谈,也不能保证说得对。

(一)研究的意义
这项研究的意义非常重大。我们知道地球上所有生命所需的能源归根结底都来自太阳光,但动物和真菌以及大部分的细菌都不会利用太阳光,只有植物和一些细菌(主要是蓝细菌)才能利用阳光的能量合成有机物,而我们动物只会把这些有机物氧化分解成二氧化碳和水等小分子。因此,在生态学上,植物是生产者,而我们是消费者,这是不是有点惭愧?现在如果我们也能从二氧化碳出发来合成糖类,那是不是意义很大?当然,这只是一种好玩的说法。实际上,这项研究在理论和技术上贡献都很大。比如,它并不是通过反复摸索试验最后侥幸成功的,而是先通过理论计算,找出候选途径,再去实验。虽然还是少不了摸索和试错,但计算显然起了非常大甚至是决定性的作用。其次,合成本身的技术对今后的研究也相当有价值。媒体的报道过于强调它潜在的应用价值,实际上它直接的贡献是理论和技术方面的,而应用还是比较远期的,现在还不好说。

(二)人工合成淀粉与光合作用的对比
光合作用是“光驱动的合成作用”的简称。光合作用分为光反应和暗反应。光反应这一步是通过叶绿素等色素吸收光子的能量来做两件事,一是获取高能量高活性的ATP;二是裂解水分子,放出氧气,并获得氢和电子(也就是还原力)。这一步的本质是把光能转变成了化学能,但这些化学能的存在形式是高活性,高反应性,不能长期储存,而暗反应那一步则是用这些化学能来固定二氧化碳,生成能够长期储存的化学能——糖类(葡萄糖和淀粉等)。显然,合成淀粉模拟的是暗反应这一步。
前两天看到一种说法,认为光合作用关键的是光反应,而合成淀粉的反应既没有利用太阳光的能源,也没有裂解水,也没有放出氧气,后面的固定二氧化碳以及合成淀粉还都得耗电,因此这项研究是蒙人的。这个说法看似有理,其实非常有失公允。暗反应也是光合作用中很重要的一步,怎么能当成无足轻重呢?而且涉及到光反应还有更重要的一个问题,就是我们下一节要讨论的能量转化效率的问题。

(三)光能转化的效率
既然这项技术是在模拟暗反应,那么有没有模拟光反应的技术呢?当然有了,那就是光伏发电啊。光伏发电一方面获得了电能,同时电能还可以分解水得到单质的氢和氧。你看这一步和植物的光反应是不是很像?而且,现在光伏发电的效率已经明显高于植物对阳光的利用。那么,我们用光伏发电,再用电能去驱动暗反应,生产有机物,岂不是很好?又怎么能叫蒙人呢?也就是说,人工光合作用的瓶颈其实并不在光反应,而是在暗反应。光伏发电有个短板是电能不好储存,合成淀粉恰恰能把电能变成化学能长期储存和运输。这项研究恰好在帮助人们突破这个瓶颈,这意义难道还不够大吗?
当然,所用电能也不局限于光伏发电,也可以是风电、水电、核电,总之只要成本合算就好。假如将来有了可控热核反应就更好。

(四)人工合成淀粉的应用前景
媒体报导的时候大多会着重于技术的应用,毕竟这一点容易牵动读者的神经,但是从目前看应用应该还是比较遥远的事。回想一下,大多数技术在应用之前不都是先有了汗牛充栋的论文吗?哪有开天辟地第一篇论文一出来就应用的?论文的作者在接受采访时说“从控制过程成本初步计算,只有当二氧化碳到淀粉合成的电能利用效率再提高数倍,淀粉合成的碳素转化速率再提高数十倍,才能与农业种植竞争。因此,要想实现工业化生产,还需解决诸多的科技难题。”我觉得这个说法还是公允的。一方面是效率有待提高,另一方面还有其他的技术难题,比如设备的成本,就是说即使它的效率比农业高,但如果设备成本远远高于种子、化肥、农药、农机等等,那么还是不合算;另外,作物本身是0污染的(化肥农药农机有污染),那么这种合成反应除了产生淀粉还有没有其他有毒有害的副产物呢?凡此种种,都需要考虑。一项技术从诞生到应用,我们很难说从0到1更难,还是从1到10更难。但不论如何,人们已经完成了从0到1这一步。虽不应盲目乐观,但适度乐观展望一下还是可以的。

(五)合成食物
关于合成淀粉的应用,媒体讲的最多的是合成食物。然而,从应用的角度,合成食物可能会排得比较靠后。首先,食物的要求很高。农作物虽然生产效率不高,但它们是无毒无害的,农产品通常只需要碾米磨面这样的粗提就可以食用。而且,米糠、麦麸也无害,反而有益健康。可是,人工合成的淀粉就不一样了,很可能伴有有毒的副产物,这样提取的难度和成本就会很高。况且,人类也不需要吃纯淀粉。甚至,家畜家禽也不太需要吃纯淀粉。因此,合成淀粉应用的大头应该首先是作为工业原料。事实上,粮食产品很多也作为工业原料,比如说抗生素的发酵就要用掉大量的玉米淀粉、玉米油、玉米浆、豆油、豆饼等等;人们还用玉米淀粉来生产酒精作为汽车的能源等等。如果合成淀粉能够作为这些工业的原料,我们就能省下更多的耕地来种植人类食物和牲畜的饲料。另外,纤维素和淀粉的结构非常相似,都是多聚葡萄糖。如果能够合成纤维素,就可以生产纸张和布匹,也能节约森林并减少棉麻等纤维作物的种植。总之,我们不必太纠结合成淀粉的“能好怎”。
还有的媒体刻意提到中国人的主食是淀粉来彰显这项研究的意义,这个也大可不必。我国主食淀粉已然太多,应该减少,更不该添加纯淀粉。这项研究已经非常伟大的,不必找不合适的理由给它贴金。

(六)外星球移民
还有不少媒体讲到这项技术在移民外星球上的应用的,这个就属于畅想了。如果一个星球有光、二氧化碳和水,温度也合适,那就可以投放蓝细菌了。实际上,这样的星球很难找,而且我们除了月球也很难登上任何其他的星球,能不能合成淀粉有什么重要的呢?我还是那句话,地球上的南北极、青藏高原、撒哈拉沙漠都比外星球环境好,先把那些地方建成合成淀粉的基地再说外星球吧。

(七)农牧业与医学的工业化
跟工业相比,农牧业和医学这两个基于生物学的行业一直是发展非常滞后的。大趋势上,它们的未来也应该工业化,比如农牧业应该不局限于用植物来生产营养物质,而医学上用的器官和血液也应该不受限于人类供体,都应该能够工业化生产。那样,人类社会的结构会发生天翻地覆的改变。当然这个也属于远景的畅想了。

(八)固定二氧化碳
固碳这事我有点懒得讲,虽然它很热门。合成淀粉固然可以固碳,但淀粉大多不会囤着不用,一用又变成二氧化碳了。而且,目前固碳的声势很大程度是政治上的考量,常常偏离实际。这次的突破国内一片欢腾,外网好像动静不大(也许我眼拙,如果你看到很多报道请告诉我)。发在Science上的真材实料总也值得很多报道吧,假如是西方人做的研究或许会不一样。

最后想说这样两句话:
不要指望一项伟大的研究能够毕全功于一役,也不要因为一项研究不能毕全功于一役就否定它是伟大的研究,这就好比人类第一次发射火箭是一些伟大的成就,但它还远远不能把人类送上火星,后者需要无数伟大的研究串起来才行,但你总不能说发射火箭也算不了什么,反正也上不了火星。

昨天有一位小伙伴问了一个有意思的问题,宋君婉的衣服他们宋家也能允许?,这个问题当时我特别想笑,我只是告诉这位小伙伴,你可以直接无视就可,因为宋君婉她就是一个有着很强的妩媚的人,但她的衣服,跟她这个人做事的风格很像,要说妩媚,她不是最强的一个,最可怕的不是妩媚,而是发情丹啊,而他的爱人小肚肚她们四个道侣有的小肚肚都有,而且还是最强大的一个,白小纯下一季落是能到那个地方,白小纯就会知道你们也会知道什么叫妖女,什么叫妩媚,什么叫妖孽之王。

第242章 夜葬,杀你者,贾烈!

这片世界,无论天空还是大地,都是血色,即便是草木山峦也都如此,放眼看去,血色无尽。

在遥远的天边,存在了一片血色沙漠,而这沙漠的尽头绿洲所在,连接着一片血色的大海。

大海的深处,有一座山,此山高耸似要直冲云霄。

这座山,就是这片世界的意志所在,第一个踏上这座山的修士,就可获得世界意志的加持,从而离开这里,被血祖的身躯所认可,具备了进入第二关的资格。

这样的世界,在血祖体内有无数,而这一次血梅与宋君婉的血子试炼,一共开启了二十个,注定了……四十个双方的护法,最终能成功获得资格者,最多只有二十人。

而血梅与宋君婉各自护法的数量,将决定第二关的优劣之势。

此刻在白小纯降临这个世界之前,血梅的护法,首先降临,这是一个中年男子,身体干瘦,可目中却有寒芒闪耀,一身筑基后期的修为波动,使得他整个人如一条毒蛇,一旦被他盯着,九死一生。

实际上也的确如此,身为血梅身边众多护法中,在战力上足以列为前三的贾烈,他有绝对的自信,除非是遇到宋君婉身边有限的一两人,否则的话,他足以横扫所有。

他看似中年,可实际上年龄已过百,只不过修行的功法特殊,才保持肉身的巅峰,再加上一甲子岁月前的筑基试炼时,他已地脉五次潮汐筑基,一身修为强悍无比,更是擅长袭杀。

“这片世界莫非是我的福地!”贾烈遥望远方,手中掐着一条血色海蛇的七寸,任由这海蛇如何挣扎,也都无法挣脱出他的手掌,被他随意一捏,砰的一声,海蛇崩溃。

贾烈看都不看一眼,目中只有远处的那座高耸的山峰,他觉得这一次的血子试炼第一关,很有意思,这么大的世界,自己随即降临下来,居然就来到了靠近世界意志所在之地。

他的目中,可以看到远方的大海上,有一座高耸的山峰,有阵阵波动扩散。

“也罢,既然如此,也算那宋君婉的护法走运,我既可以提前夺走世界意志,也就不需去将其灭杀了,不知与我在一个世界的,是不是那个夜葬……”贾烈冷笑,按照他原本的打算,是找到宋君婉的护法,将其击杀后,在这片世界里,自己就没有任何意外,可以成功获得世界意志的认可。

此刻身体一晃,他在这血色大海上疾驰,很快的,就靠近了那座直冲云霄的大山前方,一路谨慎,刚要靠近时,他忽然脚步一顿,面色变化的刹那,一声声撼动苍穹的嘶吼,蓦然间从那山峰上传来,一条血色的巨龙,竟从山后探处了头颅,死死的盯着靠近的贾烈。

这头颅足有十多丈大小,煞气滔天。

一股强烈的危机,立刻让贾烈身体一震,额头出现冷汗,睁大了眼,心神狂震。

“不可能,这里怎么会有这种血兽存在,这……这已不是筑基可以抵抗!!”

在贾烈这里吸气时,一声声嘶吼陆续传出,大量的血兽,从山峰上散出气息,扩散八方,使得风云色变,血海翻滚,除此之外,更有一双双带着煞气的双眼,在海面下若隐若现,密密麻麻,足以让人触目惊心。

似乎若贾烈再敢靠近一些,此次无论是海底还是山上的血兽,都会瞬间涌现,强力击杀。

放眼看去,这里存在的血兽,数量之多,让贾烈头皮发麻,不敢继续前行,缓缓后退,直至退出了千丈之外,山峰上的巨龙,才缓缓收回了探出的龙头,四周的血兽也都气息消散,海面下的那无数的眼睛,也都慢慢闭合。

贾烈擦去额头的汗水,呼吸急促,方才那一瞬,被这么多血兽盯着,他就算对自己的修为再自信,也都快要魂飞魄散,此刻在千丈外,贾烈皱起眉头,有些发愁。

“这里的血兽太多了,一时半会难以进去,只能依靠时间去慢慢等待,寻找机会……”贾烈咬牙,再次远离了一些,藏身默默等待。

可直至等了七天,这里的血兽依旧不见少后,贾烈目中杀机一闪。

“也罢,此地一时半会怕是不会出现太多的变化,我与其在这里苦等,不如去找找看宋君婉的护法,将其击杀后,我就有足够的时间去等,如果运气好,对方是夜葬……那就省事了!”贾烈沉吟片刻,回头看向身后血海,冷笑起来。

他擅长袭杀,自然也擅长搜寻,感官敏锐,这片世界虽大,可他相信以自己的修为,想要找到地方,并非困难。

此刻身体一晃,离开这里直接飞出,开始寻找此地的另一人。

可走出没多远,海面内突然海浪翻滚,一头巨大的血兽,有着人身鱼尾,蓦然冲出,带着嗜血之意,杀向贾烈。

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