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https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh4049 6park.com
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第一阶段结尾产物 及第二阶段开始消耗品：甲醛， 也为消除甲醛 开辟了新路径
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二氧化碳能合成淀粉？这两个表面上看完全不相关的东西还能进行转化？
中国科学家历时6年多的科研攻关给出了肯定的答案！继上世纪60年代在世界上首次完成人工合成结晶牛胰岛素之后，中国科学家又在人工合成淀粉方面取得重大颠覆性、原创性突破——国际上首次在实验室实现二氧化碳到淀粉的从头合成。
北京时间9月24日凌晨，由中国科学院天津工业生物技术研究所(中科院天津工业生物所)主导完成的人工合成淀粉重大科技突破进展成果论文，在著名国际学术期刊《Science》上线发表，从而为从二氧化碳到淀粉生产的工业车间制造“打开了一扇窗”。

《科学》（Science）是美国科学促进会出版的一份学术期刊，为全世界最权威的学术期刊之一。
为什么要进行这样的研究？
在科学这门课程的学习中，我们知道，自然界中，绿色植物会利用叶绿体通过光合作用将二氧化碳和水转化成有机物和氧气，而有机物就包括了淀粉。既然植物本身就能合成，为什么科学家们还要研究人工合成呢？

因为淀粉是人类最基本和最重要的食物，也是重要的工业原料。传统淀粉的生产主要靠玉米等农作物通过光合作用，将二氧化碳等无机化合物合成为淀粉，需要漫长的生长周期，对土地、水、肥料、日照等资源都有要求，能量的转化率也不高。
多位中外专家评论认为，不依赖植物光合作用，设计人工生物系统固定二氧化碳合成淀粉，将是影响世界的重大颠覆性技术。这更让人们看到一种可能——农业可以由种植模式向工业车间生产模式转变，人类向设计自然、超越自然目标的实现迈进了一大步，为创建新功能的生物系统提供了新的科学基础。
这项技术的突破点在哪些方面？
首先，这是国际上首次在实验室实现从二氧化碳到淀粉的从头合成。
其次，自然界中生物从二氧化碳到合成淀粉，需要大约60个生化反应，同时需要复杂的生理调节。但中科院天津工业生物所的这个人工合成技术，只需要11个步骤！这里需要特别注意的是，科学家们并不是将60多步进行删删减减，就得到11步，而是重新设计出了一条路。
首先从很多种生物的生物化学反应中，计算出了一条极简路径，但这个路径是计算出来的，实际操作中各个步骤之间不太兼容。所以，科学家们又通过模块化思维，选择不同的反应过程，才摸索出了这11步的反应路径。
然后，科学家们又通过蛋白质生物工程改造手段和反应时空分离，提高反应效率和速度。最终才得到了目前的成果。

在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)
第三，此项技术的淀粉合成速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍。理论上1立方米大小的生物反应器年产淀粉量相当于我国5亩玉米地的年产淀粉量。而且自然界光合作用的能量转化效率只有2%，但是该技术的转换效率超过10%，远高于光合作用。
工业车间制造淀粉一旦成功，与农业种植相比，将有机会节省超过90%的土地和淡水资源，而且可以消除化肥和农药对环境的负面影响，这对提高人类粮食安全水平，促进碳中和的生物经济发展具有十分重大的意义。

人工合成淀粉样品。目前成果尚处于实验室阶段，接下来还要进行工业化应用的研究，并首先考虑替代工业淀粉。（图片来源：中国科学院科技摄影联盟）
这项技术将会有哪些方面的应用？
虽然目前的研究成果还处于实验室阶段，但我们可以设想一下它的应用前景。
首先，人工合成淀粉技术用到大量的二氧化碳。二氧化碳温室气体的排放，导致全球变暖问题已经已经十分严峻。一旦高原冻土、极地冰原开始消融，地球气候环境变化对人类和自然界的影响将不可估量。
想要减少大气中的二氧化碳，目前，除了降低二氧化碳排放之外，只能进行碳捕捉和碳封存。如果人工合成淀粉技术最终成熟落地推广，那么排放的二氧化碳和大气中的二氧化碳就可以拿来生产淀粉，“变废为宝”，为解决温室效应提供了新思路！

中国已经向世界承诺：二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。
淀粉能够为人体提供能量，这是在小学四年级的课本中能学到的知识。那淀粉是怎么提供能量的呢？在消化酶的作用下，淀粉水解成了人体可利用的葡萄糖，而葡萄糖代谢的最终产物是水+二氧化碳。而水和二氧化碳，又能被上述研发的技术来合成淀粉！发现没，这能量的变化是一个闭环，其中只涉及额外的能量消耗，并不像粮食耕种那样，需要耕地和化肥。据此，还能节约土地，以及避免化肥污染等问题。
从长远来看，如果这项技术发展成熟，那么只要有二氧化碳和相关材料，无论你去宇宙中再遥远的地方旅行，都不会饿死了！像火星，它的大气层组成中，接近96%都是二氧化碳，简直就是一个大粮仓了！

火星的大气结构组成图

有了这项技术，未来我们登陆火星，就不用象《火星救援》里的主人公那样种土豆了。
虽然想要真正实现以二氧化碳为原料工业制造淀粉，依然任重而道远。相信在科研人员的不懈努力下，未来的“淀粉生产工厂”并不遥远。