人工合成淀粉：中国科学家将开启人类新时代

科幻电影《火星救援》中解救滞留火星宇航员的一个关键情节是食物供给问题，宇航员利用有限的条件自力更生种植土豆，利用火箭燃料合成水和二氧化碳，在火星的极限条件下收获了土豆，艰难坚持了200多天。

其中最关键的技术是通过燃烧甲烷气，产生二氧化碳和水，从而解决了饮用水和土豆灌溉所需要的水分和二氧化碳，让人印象深刻。

近期整个科学界震惊了！《科学》杂志发表来自中国科学院天津工业生物技术研究所的科学家的研究论文，宣布人类首次在实验室人工合成了淀粉分子，这个技术让我们只需要电力和水分，就可以直接合成淀粉。

可以说人工淀粉的合成是一个典型的从0到1的原创性突破。如果这一研究结果能进入成熟的商业化生产，将对未来的农业领域，特别是粮食生产带来革命性的影响，且对全球生物制造产业的发展具有里程碑式的意义，还可能加速推动人类文明发展的进程。

01人工合成淀粉技术突破

过去几千年的人类文明发展过程中，我们都是依靠自然界的植物获取淀粉类食物：在玉米等农作物中，自然光合作用的淀粉合成与积累涉及60多步生化反应以及复杂的生理调控，理论能量转化效率为2%左右。

而中科院天津工业生物所的科学家团队，采用的是一种类似“搭积木”的方式，通过耦合化学催化和生物催化模块体系，实现了“光能—电能—化学能”的能量转变方式，成功构建出一条从二氧化碳到淀粉合成只有11步反应的人工途径。

这个研究成果从根本上开拓了一条人工制造淀粉的新技术和思路。大家知道，淀粉是人类粮食的主要构成，除了作为满足人类成长繁衍的食物之外，同时也是一系列工业产品的原材料，比如纺织、酿酒、医药、工业燃料、化工原料等重要行业。它是关系到国计民生和国家安全的战略基础原材料。

02人工合成淀粉意义重大

首次实现人工合成淀粉技术的突破意义重大，具体体现在几个方面：

（1）制约人类数量增长上限的瓶颈就是粮食产量，比如中国政府规定中国的耕地面积红线是18亿亩，为什么要力保耕地面积这条红线，同时要保证粮食自产占比，都是因为“民以食为天”，粮食安全是一个国家最重要的战略安全，没有之一，即使是能源安全也排在粮食安全之后。

而粮食短缺每年造成全世界各地大量人口死亡甚至地区冲突和战争。

（2）历史上地球几次人口大爆发，都是在解决了粮食生产技术之后，比如农业种子技术、耕牛和铁犁出现、灌溉技术进步、工业化粮食生产等等，每一次的粮食种植技术的进步，随后就是人类人口的爆发式增长，循环往复，没有例外。

而刚刚仙逝的袁隆平院士被尊称为现代“神农氏”，也是因为他推动的杂交水稻技术提高了水稻的产量，解决了中国人的粮食短缺问题，帮助中国人民吃得饱，功莫大焉！

（3）人工合成淀粉技术的突破可以让人类摆脱土地和农作物种植的限制，将会节约90%以上的耕地和淡水资源，同时避免农药、化肥等因素的负面影响，推动形成可持续的生物基社会，提高人类粮食安全水平。

（4）人工合成淀粉技术的出现为未来人类正在走入的宇航时代奠定了一个坚实基础，理论上，未来移民外星球不在依赖于传统农业的条件，对于原材料（电力和二氧化碳）的需求大大低于种植农作物的需求，而且周期和步骤都极大缩短，为未来的星际旅行和星际移民提供了食物保证。

（5）同时，这一研究成果实现了无细胞系统中用二氧化碳和电解产生的氢气合成淀粉的化学-生物法联合的人工淀粉合成途径(ASAP)，为推进“碳达峰”和“碳中和”目标实现的技术路线提供一种新思路。

03发展前景不可估量

在实现工业化生产之前，这个技术成果暂时只能放在实验室中。但是正如爱因斯坦的相对论出现带来人类对于世界认知的巨大突破，到几十年后原子弹的出现和核能发电技术的实现，从实验室到工业化需要科学界和工业专家大量的后续研究和投入，才能将技术转化为生产力。

有了经济可行的人工合成淀粉，想象一下，一座中等规模的工厂可以生产等同于10万亩耕地所产出的粮食，有了足够的生产能力，中国的粮食安全问题将不复存在。

同时将解放中国的数千万农业人口，20亿亩左右的农业耕地红线也将不复存在，这为中国乃至世界的经济转型和发展提供了巨大的空间，制约整个人类增长的瓶颈将被打破，从这个意义上说，这一技术如果能够实现工业化，其意义极其重大，甚至超过四次工业革命给我们带来的影响和变化。

中国科学家的人工合成淀粉技术突破可喜可贺！技术的一小步，可能带来整个人类社会进步的一大步。而如何将技术工业化，并实现生产的可行性和经济效益，是下一步的重中之重，也同样任重道远。

感谢中国科学家的科技创新，我们有理由相信，人工合成淀粉技术的突破，解决了从0到1的问题，好比是打开一扇宝库的大门，未来可期。

本文作者孙杨正，源自公众号“思想者札记”（ID:swot 0101)