文 ｜ 《中國科學報》 記者 張晴丹
一年前，一篇在《科學》刊發的文章改變了蔡韜的人生軌跡。
文中描述的核心技術二氧化碳人工合成澱粉瞬間被推上熱搜，很快又在學術圈刷屏，國際上也引起轟動。
這是蔡韜過去6年孤注一擲的研究。披星戴月的苦熬終讓那個天方夜譚變成了現實。這項重大突破性進展入選2021年度中國科學十大進展。
憑空製造，兩全其美
2015年，當中國科學院天津工業生物技術研究所（以下簡稱天津工業生物所）副研究員蔡韜接到「人工合成澱粉」的項目時，他自己也不信能做出來。
這是天津工業生物所所長馬延和很早之前就萌發出的一個設想，他給這個項目取了一個特別好聽的名字——「憑空製造」。
要知道，那時候合成生物學在我國才剛起步，在國際上也是很前沿的學科。天津工業生物所前瞻性地瞄準了「二氧化碳人工合成澱粉」這一國家重大戰略性科技問題。
在研究生階段主要從事基礎研究的蔡韜很想在應用領域有所建樹，於是決心去啃這塊「硬骨頭」。「聽了馬老師的想法後，很是興奮，覺得這個項目有非常重要的意義，便接了下來。」蔡韜向《中國科學報》記者回憶道。
澱粉在生活中很普遍，糧食中70%~80%的組分都是它，既然這麼常見，為何還要費時費力用二氧化碳合成呢？到底有啥重要意義？
對此，蔡韜解釋道，從全球範圍來看，糧食生產消耗了地球上38%的土地和70%的淡水資源，但全球仍有超過1億人處於嚴重飢餓狀態，預計到2050年全球糧食需求量將提高50%。未來糧食安全可能是全人類要面臨的重大挑戰，這裡面的關鍵是如何用有限的土地和淡水資源生產更多的糧食。
另一方面，二氧化碳大量排放導致的溫室效應又是一個重大挑戰，要想實現碳達峰碳中和的雙碳目標，需要各個行業發展出更先進的技術。
「二氧化碳人工合成澱粉這項技術對於解決溫室效應大有助益。這項技術經過改造之後，就能以二氧化碳為原料生產各種各樣的化學品，這也為替代傳統的石化資源提供了一種可能路線。」在蔡韜看來，這是兩全其美的創新。
6年只做這一件事
「憑空製造」聽起來很浪漫，但那僅僅是一個想法，那塊天地尚無人踏足，全世界都沒有任何數據、資料支撐。要趟別人沒有趟過的河，何其困難。
植物合成澱粉需要大概60步代謝反應，裡面遍布紛繁複雜的調控機制，自然界的鬼斧神工豈是輕易能被人類復刻出來的。
是否可以重新設計出更簡單的澱粉合成途徑呢？這是研究團隊面臨的最大挑戰。
「我一直不想去做一些跟隨或者重複性的工作，做開創性的工作雖然異常艱難，但最終結果往往是顛覆性的，這值得我們去冒險一試。」蔡韜說。
前兩年，蔡韜和同事在無數次實驗中敗興而歸。雖然每個模塊有一定的進展，但從頭到尾的那條線始終未能串通。
每個人承受著巨大壓力，心情沉甸甸的。就連開會討論時氣氛也很壓抑，有時還會激烈爭論這條路到底是否可行。雖然經歷了無數次失敗，蔡韜和團隊成員仍然在二氧化碳人工合成澱粉這條路上艱難前進。
堅持到第三年終於有了轉機。2018年7月24日，正在參加一個項目進展交流會的蔡韜突然收到實驗室技術員喬婧發來的一張照片，上面的碘溶液試管里透出的微弱藍色，瞬間令他血液沸騰。因為只有澱粉遇碘才會變藍。
為了確定這一真實性，蔡韜趕緊安排了重複實驗，結果第二天他們再次收穫了「澱粉藍」。人工合成澱粉終於實現「0到1」的突破，他可以自豪的說「憑空製造這條路真的全線打通了」。
不過，這還只是構建的1.0版本，效率非常低。後來，蔡韜和同事又創造了2.0和3.0版本，通過三個版本的疊代，他們把澱粉的生產強度提高了136倍，把自然界植物60多步的反應簡化到只有11步。
「我們人工合成澱粉的效率是玉米作物的8.5倍。」蔡韜介紹，根據他們的推測，在能量供給充足的條件下，1立方米反應罐年產澱粉相當於5畝土地的玉米澱粉年產量。
值得一提的是，通過這種方式，還可以開展澱粉的定向合成，想要直鏈澱粉或是支鏈澱粉，都可輕鬆實現。
6年時間裡，他們只做了這一件事，光是記錄實驗的筆記就積攢了30多本。
至此，2000多個日夜的奮戰，沉寂了6年的團隊終於交上了一份比較滿意的答卷。
「喜歡吃糖的孩子掉進了糖罐子」
孩童時代，當和小夥伴們討論長大後想當什麼時，蔡韜果斷地說出「科學家」。
求學路上，他朝著這個理想不斷奮進。在南京農業大學碩博連讀期間，哪怕是一些從未接觸過的領域，只要導師提供一些材料、方法和建議後，他都能逐步摸索出其中的門道來。
大量猜測、大膽假設和反覆嘗試，蔡韜總有股敢為人先的拼勁兒、闖勁兒。當年，同學普遍還在採用化學轉化法進行質粒轉移時，他已完成非模式菌電轉化的關鍵步驟，幫師姐解決了許多問題。
實驗室成了他的第二個家，在實驗室忙到很晚是家常便飯。
「我很喜歡去分析實驗結果，就像福爾摩斯探案一樣，通過一個結果，反推出來到底是哪有問題。」蔡韜非常享受這樣的過程，「怎麼形容那種感覺呢？就好比你特別喜歡吃糖，你又剛好掉到一個糖罐子裡的那種幸福感。」
能進入這個領域，成為天津工業生物所里被委以重任的青年科學家，蔡韜認為自己是幸運的。「如果當初沒有馬老師把我領進來，我也不會找到想為之奮鬥一生的方向。」
隨著文章的發表，蔡韜原本沉寂單一的生活多了些許喧囂，受邀採訪、上節目、拿獎……縱然有很多光環加身，被更多人簇擁著，蔡韜的內心依舊平靜無波，因為他的志向從來都不是發一篇文章、為了出名。
「一開始設定任務時，我們的目標就是澱粉的工業化車間製造。目前離我們認為的成功還相差甚遠，仍需要繼續像原先那樣把冷板凳坐下去。什麼時候真正能在車間把澱粉規模化生產出來，我才敢說『比較接近成功了』。」蔡韜說。
最讓他開心的事是澱粉研究中心的成立，蔡韜說起此事時語調激昂。除去包括他在內的5位原班核心人馬，澱粉研究中心預計將再招20餘人，這將是一個龐大的科研隊伍。「我們又可以放手一搏了。」
歲月里深深淺淺的腳印逐漸淡去，蔡韜曾經初涉科研時的青澀模樣已然蛻變成項目帶頭人的穩重成熟，唯有對科學探索的拳拳之心始終如一。