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。
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。
那些超小众且神仙的个签句子~[心]
1.野心家。
2.人间至善。
3.与自己和解。
4.静躺入空山。
5.热爱漫无边际。
6.有个性没签名。
7.恭喜你发现我了。
8.祝我们好在春夏秋冬。
9.升空的烟火到底要从哪一个方向看。
10.满天星光流离失所。
11.一句话介绍不了我。
12.别睡太晚,梦会变短。
13.普普通通,平凡至极。
14.别睡太晚,别爱太满。
15.一生所有,干净自由。
16.做让人远远听见的风。
17.我一无所有,也依然没救,烟不离手,烈酒烧喉。
18.如果你的酷特别希望别人看到,那你一点都不酷。
19.心存善意定能途遇天使。
20.乍见之欢,久处仍怦然。
21.再遇见记得给我买束花。
22.找不到可以快乐的理由。
23.我的犹豫是宇宙的犹豫。
24.一起去啊,更远的地方。
25.悲喜自渡,他人难悟易误。
26.我明白你会来,所以我等。
27.你是生活扑面而来的善意。
28.其实你可以,只是你太懒。
29.这个人很懒,没有个签~
30.这句话真的有十个字哦~
31.月亮嚼碎了,变成了星星。
32.你是我最愚蠢的一次浪漫。
33.你再不来,我就要下雪了。
34.往者不可谏,来者犹可追。
35.温一碗酒,要一碟茴香豆。
36.我不在乎,我在乎也不管事。
37.人生建议,养一只可爱的我。
38.没有爱的话就让我有很多钱。
39.这家伙很懒,只想把你留下。
40.太在意细节就会发现没人爱你。
41.遍地都是月光,可月亮就一个。
42.宇宙山河浪漫,生活点滴温暖。
43.离不开心远一点,离我近一点。
44.我也想问为什么,但生活毕竟是生活。
45.非官方认证平平无奇说废话小天才。
46.我把所有的温柔都设成了仅你可见。
47.像委屈和失望这种东西,没必要解释。
48.没有动态的日子,都在认真生活。
1.野心家。
2.人间至善。
3.与自己和解。
4.静躺入空山。
5.热爱漫无边际。
6.有个性没签名。
7.恭喜你发现我了。
8.祝我们好在春夏秋冬。
9.升空的烟火到底要从哪一个方向看。
10.满天星光流离失所。
11.一句话介绍不了我。
12.别睡太晚,梦会变短。
13.普普通通,平凡至极。
14.别睡太晚,别爱太满。
15.一生所有,干净自由。
16.做让人远远听见的风。
17.我一无所有,也依然没救,烟不离手,烈酒烧喉。
18.如果你的酷特别希望别人看到,那你一点都不酷。
19.心存善意定能途遇天使。
20.乍见之欢,久处仍怦然。
21.再遇见记得给我买束花。
22.找不到可以快乐的理由。
23.我的犹豫是宇宙的犹豫。
24.一起去啊,更远的地方。
25.悲喜自渡,他人难悟易误。
26.我明白你会来,所以我等。
27.你是生活扑面而来的善意。
28.其实你可以,只是你太懒。
29.这个人很懒,没有个签~
30.这句话真的有十个字哦~
31.月亮嚼碎了,变成了星星。
32.你是我最愚蠢的一次浪漫。
33.你再不来,我就要下雪了。
34.往者不可谏,来者犹可追。
35.温一碗酒,要一碟茴香豆。
36.我不在乎,我在乎也不管事。
37.人生建议,养一只可爱的我。
38.没有爱的话就让我有很多钱。
39.这家伙很懒,只想把你留下。
40.太在意细节就会发现没人爱你。
41.遍地都是月光,可月亮就一个。
42.宇宙山河浪漫,生活点滴温暖。
43.离不开心远一点,离我近一点。
44.我也想问为什么,但生活毕竟是生活。
45.非官方认证平平无奇说废话小天才。
46.我把所有的温柔都设成了仅你可见。
47.像委屈和失望这种东西,没必要解释。
48.没有动态的日子,都在认真生活。
事情是这样的
尴尬到五指扣地
因为扣扣用的少所以后来加人都懒得备注了
然后这半年来打王者
每次都邀请一个叫等风来的好友一起打
因为我一直把他跟我玩的好的弄混淆了
然后局内来着语音巴拉巴拉说话
还嫌弃他菜抢他人头玩辅助带斩杀等一系列
就这样持续了大半年吧
昨天晚上我们五排四个人还有一个在上线中
正好差一个人我看他在线我就邀请他
但是他把一个女生邀请来了
我一看名字情侣还在纳闷他啥时候找的女朋友
但是因为只差一个所以我就队内发消息
你滚出去双排吧我们人够了
因为以为是那个朋友所以这样开玩笑
打完之后我给他私发了消息问他啥时候找的女朋友
他今天早上回我说没有昨天也根本没打游戏
我才知道……
我认错他将近半年
还搞了这么多事情……
我现在尴尬的都能扣出三室一厅了 https://t.cn/R2WxQdu
尴尬到五指扣地
因为扣扣用的少所以后来加人都懒得备注了
然后这半年来打王者
每次都邀请一个叫等风来的好友一起打
因为我一直把他跟我玩的好的弄混淆了
然后局内来着语音巴拉巴拉说话
还嫌弃他菜抢他人头玩辅助带斩杀等一系列
就这样持续了大半年吧
昨天晚上我们五排四个人还有一个在上线中
正好差一个人我看他在线我就邀请他
但是他把一个女生邀请来了
我一看名字情侣还在纳闷他啥时候找的女朋友
但是因为只差一个所以我就队内发消息
你滚出去双排吧我们人够了
因为以为是那个朋友所以这样开玩笑
打完之后我给他私发了消息问他啥时候找的女朋友
他今天早上回我说没有昨天也根本没打游戏
我才知道……
我认错他将近半年
还搞了这么多事情……
我现在尴尬的都能扣出三室一厅了 https://t.cn/R2WxQdu
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