筆者 東邪

澱粉是人們飲食中經常攝入的一種物質，它既能為人體提供能量，又能為人體提供營養，幾乎沒有人能夠離開澱粉。日常生活中常見的大米、小麥、玉米、土豆、山藥等都含有澱粉，但隨著人口的不斷增長，人類社會所需要的食物越來越多，而地球的土地資源是有限的，因此如何增加糧食產量的同時又能解決土地資源、水資源等問題，成為了當代科研的難題。

近日國際頂級學術期刊《科學》上發表了一篇來自中國的論文，該論文指出來自中國科學院天津工業生物技術研究所的科研人員已經成功利用二氧化碳合成澱粉，簡而言之就是人工合成澱粉問世了。這是繼我國在上世紀60年代成功實現人工合成結晶牛胰島素之後，在人工合成方面又取得的一項重大突破。

利用二氧化碳就能生產出澱粉，這項技術聽起來怎麼都像是電影裡才會出現的黑科技。那麼我國的科研人員是如何人工合成澱粉的？人工合成澱粉的問世有何意義？未來它將會在哪些領域得到推廣應用？

人工合成澱粉是如何被製造出來的？

在人工合成澱粉技術實現之前，地球上的澱粉基本是植物自然生成的，糧食里最主要的成分基本是澱粉。玉米、小麥、大米等農作物通過光合作用生成澱粉，這個過程在中學的生物教材中就有提及，但那是簡單的過程。科研人員長期研究自然作物中澱粉的形成過程，發現其中存在60多步的生化反應，而且能量轉化效率只有2%左右。

另一方面，地球大氣中的二氧化碳含量越來越多，如何降低二氧化碳含量也成為了氣候治理的重要課題。為此，我國天津工業生物技術研究所在2015年成立了一支青年科學家團隊，成立了人工合成澱粉的研究項目，開始深入研究如何簡化澱粉的形成過程，如何製造出可安全食用的澱粉。

這個科學團隊採用搭積木的形式，模仿自然作物生成澱粉的過程，取出其中重要的步驟，然後用簡化的方法進行替代，最後設計出了11步反應就能生成澱粉的方法。在整個人工合成澱粉的過程中，主要的原料是來自空氣中的二氧化碳，因此和自然方式產生澱粉相比，該方法不需要消耗土地、水、人力等資源。

人工合成澱粉的問世有何意義？

對於我國科學家人工合成澱粉這一突破，國內外的科學家給予了高度評價，認為這是從0到1的完全突破，這項技術為工業車間生產澱粉打開了一扇窗。該論文指出，人工合成澱粉的速率是玉米合成澱粉速率的8.5倍，以往可能需要兩三個月才能生產出來澱粉，現在只需要一個星期就能產出了，大大提高了生產效率。

其次，這項技術為解決許多現實問題提供了可能性。目前全球面臨著氣候變暖的危機，二氧化碳濃度是人類未來需要控制的指標。國家的工業發展就一定會產生二氧化碳排放，光靠自然作物的吸收效率無法承受過多的二氧化碳，因此如果未來人工合成澱粉技術得以推廣，直接利用二氧化碳就能產出澱粉，不僅能減少二氧化碳，還能生產糧食，一舉兩得。

再者，人工合成澱粉技術為我國糧食安全提供了技術保障。過去到現在，每個國家的糧食安全都依賴土地、水等自然資源，一旦有一種資源無法得到供應，或者遭遇自然災害，糧食安全就會受到威脅。古話說，民以食為天，沒有了糧食，一個國家也無法存活。我們不知道未來地球的自然環境會怎樣變化，但手握人工合成澱粉技術相當於給國民的生存上了一道保險。

除此之外，人工合成澱粉在未來也可以為我國實現「碳達峰」和「碳中和」兩個目標助力，同時也提供了新的技術路線和思考。

人工合成澱粉未來將應用在哪些領域？

不需要土地就能生產糧食，只需要利用二氧化碳就能生產糧食，你能想像到的應用場景是什麼？沒錯，就是在類似火星這樣的星球上。科學研究證明火星的自然環境不適合種植農作物，如今人工合成澱粉技術問世了，未來人類可以在這項技術的幫助下，在火星上不需要種植農作物就可以生產糧食，為人類星際移民提供了現實保障。

當然，人工生成澱粉的技術還需要進一步的研究，讓我們期待這項技術未來會得到更多的推廣和應用。