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#我国科学家突破人工合成淀粉技术# 人工合成淀粉新突破,“喝西北风”成为fashion的时代还远吗?

近日,我国科学家突破二氧化碳人工合成淀粉技术,这是我国继上世纪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。

这是我国科学领域的第二次巅峰突破,合成的可是淀粉这种复杂有机物,这也是我们粮食的主要成分!

这真的是 颠覆性科技,“喝西北风”也许会成为fashion(哈哈)!今天就来和大家解读下这份重大的科技突破~

01,此次合成的特点
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这篇论文题目是《Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide》

从题目中可以看出,这个合成最大的特点是:不使用细胞(cell-free)。因为在自然界中,用细胞是可以从二氧化碳来合成淀粉的,相信你一定知道,这就是著名的光合作用嘛。

但是,光合作用的问题是,必须要有叶绿体的细胞生物才能完成,对于地球上绝大多数生物来说,这就是植物以及部分动物,那要求就非常的多了。

而这次研究的特点就是:纯工业/实验室合成。

这个研究的路线图如下:

简单的说一下,这个实验的做法是:

首先将二氧化碳用无机催化剂还原为甲醇。
然后甲醇被转换成为三碳
接下来是三碳合成六碳
最后,聚合成为淀粉。

和标准天然淀粉对比,其结构基本一致

无论是吸收峰,还是核磁共振信号,都佐证了这种合成和天然淀粉非常接近了。
下图是合成的淀粉实物图。

02,淀粉合成的意义
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淀粉合成的意义,我们从小往大来说:

1,步骤简单

这次合成只需要不多的步骤,而与之对比,自然界中生物从二氧化碳合成淀粉,需要大约60个生化反应,且需要复杂的生理调节。

而这个人工合成,大概11个步骤。

这里需要特别注意的是,科学家们并不是将60多步删删减减,就得到11步,而是重新设计出了一条路。他们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,但是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,比如所需要的反应条件不太一样。科学家们又通过模块化思维,选择不同的反应过程,才摸索出了这条11步的反应路径。

2,速度快,效率高

这次实验室合成的速率是玉米淀粉合成速率的8.5倍

In a chemoenzymatic system with spatial and temporal segregation, ASAP, driven by hydrogen, converts CO2to starch at a rate of 22 nanomoles of CO2per minute per milligram of total catalyst, an ~8.5-fold higher rate than starch synthesis in maize.
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。这条新路线使淀粉生产方式从传统的农业种植向工业制造转变成为可能,为从CO2合成复杂分子开辟了新的技术路线。
此外,根据报道,其效率也高,自然界合成淀粉的效率约为2%(玉米),而工业合成效率可以达到10%以上。

受天然光合作用的启发,科研人员在太阳能分解水制绿氢的技术上,进一步开发了高效的化学催化剂,把二氧化碳还原成甲醇等更容易溶于水的一碳化合物(也就是C1),完成了光能——电能——化学能的转化,该过程的能量转化效率超过10%,远超光合作用的能量利用效率(2%),也为后续进一步采用生物催化合成淀粉奠定了理论基础。

3,远景

解决农业问题,民以食为天,一直以来,农业问题关乎了人类的生死存亡。而采用这种工业办法,可以解决农业所需的耕地、淡水资源,也能够避免农药和化肥等的使用,改善粮食安全。

我国的耕地面积为150多万平方千米,占国土面积的16%左右,也就是说,不到五分之一,剩下五分之四的国土面积都是不能作为耕地的,这也使得我国的粮食问题一直非常严峻。

有了这种技术,高山峡谷,沙漠,冰原,这些地方都可以成为农业产地。

自古以来我国的漕运体系,都是需要非常忙碌的转运粮食等物资,而有了这项技术,北方甚至更北的地方直接可以生产淀粉了,那南北的差距也可以得到很好的缓解。

4,温室问题?全球变暖呢?

全球变暖可以说是这些年来一直困扰全人类的问题

让很多人一直担忧,而造成全球变暖的核心因素在于二氧化碳这种温室气体。

工业生产,汽车排放等等都是导致二氧化碳增多的因素,虽然植物一直在持续固定二氧化碳,但是还是比不上二氧化碳的排放。

但是有了这种技术,那直接把二氧化碳固定下来,这效率比农业和植物快多了,那是不是温室气体问题就可以解决了?

5,更遥远的未来

空间站,甚至走向宇宙都是可以解决的。过去我们预想中的解决宇宙远行问题,必须携带粮食,要不就是让人类进入冬眠来减少能量消耗。

而即便进入了宇宙深处,只要醒来,那总是需要粮食的。所以才有了很多外星种田的科幻,比如去火星种土豆的《火星救援》。

可是有了人工合成淀粉,那这些问题都可以得到很好的解决,甚至在不毛之地,只要有二氧化碳和相关材料,直接合成淀粉。

比如,火星大气主要是二氧化碳,比例高达96%,那简直是新的粮仓啊。

而且,二氧化碳本身还是人体代谢的废物,可以直接循环起来。

6,一个问题:能量!

淀粉到二氧化碳,是一个逐步放能的过程。

然后葡萄糖再变成二氧化碳

而这一步相当于逆流而上,必然需要能量。

那么,能量从何而来?

其实,和很多人想象的不同,这个研究的重大意义之一,就在于,他们采用的能量就是太阳能。

这也是本文的另一个合作单位中科院大连化物所的“液态阳光”——把太阳能变成液体燃料,科学家们形象地称其为“液态阳光”。这一技术是由中科院大连化物所的李灿院士主导研究。

当然,这里的能耗肯定要超出这个需求,所以需要额外能源。目前研究很多的新能源,尤其是核能了,希望50年能够实现可控核聚变。

最后,我想一定会有人说,这技术离应用还早呢,这是必然的,但是这种重要性,相信谁都看得到。

曾有一个贵妇人质问电的发现者法拉第:“电有什么用呢?”法拉第巧妙地反问道:“新生婴儿有什么用呢?”

ps:不要轻易觉得自己比science聪明哈

论文链接:DOI:10.1126/science.abh4049

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【明叔杂谈谈得好!围绕孟晚舟案1,000多天的各方博弈,现在终于暂时告一段落了,但此案留给了我们十点重要的思考空间!】

1)如何看待孟晚舟案的后续?
虽然孟晚舟暂时告一段落,我们必须清楚的是,美国围绕华为对中国高科技行业的打压不会就此停止,美国纠集盟友对中国的打压、遏制和围堵不会就此停止,美国和西方媒体对中国的污蔑和攻击不会就此停止。
未来,中国的发展之路不会一帆风顺,中美博弈道阻且长,这是一场持久战。
这是我们必须有的基本认识。

2)如何评价孟晚舟的结果?
孟晚舟与美国检方达成延迟起诉协议,应该说这是双方妥协的结果。
对于孟晚舟和华为公司来说,坚持了孟晚舟是清白的这一基本立场。
对于中国来说,坚持了美国和加拿大打着司法的幌子,违反国际准则,对中国公民进行任意拘禁的基本立场。
对于美国来说,通过司法部发布的冗长声明,暗示孟晚舟承认自己有一定的过错,力图洗白美国发动此案背后的政治动机和阴谋色彩。
在当前国际政治形势下,这个结果应该是一个各方都能接受的结果。

3)孟晚舟和华为公司最应该感谢的人是谁?
毫无疑问,是坚定捍卫中国公民合法权益、敢于跟美国霸权坚持斗争的中国政府,以及千千万万高度关注此事的中国民众。
孟晚舟案自始至终就是一起“政治案件”,美国和加拿大无论用什么样的司法遮羞布,都掩盖不了这一基本事实。
对于这样的“政治案件”,司法交锋只是明面上的斗争,在表面之下,是一场全世界瞩目的外交斗争、政治斗争和舆论斗争。
中国外交部、相关驻外使领馆,以及其他有关部门和团队,为了孟晚舟案,做出了大量的努力,他们的背后,是一个站起来的强大中国。
孟晚舟案,是外交为民、外交捍卫国家利益的最新写照。
孟晚舟能回到国内,是因为她背后的国家叫中国。

4)华为做对了什么?

在孟晚舟案前后1000多天时间内,明面上的司法战和明面下的外交战、舆论战在持续进行当中,华为在将外交战、舆论战交给国家的同时,自身从企业角度出发,坚持走司法程序,坚持用美国和加拿大社会都听得懂的语言进行沟通,没有诉诸民族主义情绪,这是一种理性、务实和充满智慧的选择。

5)孟晚舟案对中国跨国企业的启示是什么?

相信此案对华为的冲击非常大。
曾几何时,华为一直强调“在商言商”,但在中美博弈的大背景下,不管华为曾经给自己如何定位,但在美国人的眼中,华为就是中国高科技的代名词,美国要打压、遏制、围堵中国,就必然会打压华为。
在新的全球地缘政治格局下,“商业即政治”。
时至今日,美国仍在全球各地污蔑华为、污蔑中国,强迫其他国家不要采用华为的5G网络,这是美国打压、围堵、遏制中国的一部分,也是美国维护其自身霸权的一部分。
对于所有中国跨国企业来说,不要幻想可以通过撇清自己跟中国的关系,去换取美国的“高抬贵手”,这是不可能的。
所有中国跨国企业都要有勇气、有智慧对全世界说清楚:“是的,我们是一家来自中国的企业,但我们在任何国家和地区经营都会严格遵守当地的法律、法规,我们不会损害任何我们客户的利益。”
如果美国等西方国家依然用有色眼镜看待中国企业,我们要做的不是证明我们不是一家中国企业、更不应该急于撇清跟中国的关系,而是要堂堂正正地告诉他们,我们是遵纪守法的企业,美国等西方国家违背自己宣称的市场原则,用地缘政治和意识形态的手段处理市场经济问题,这才是可耻的。

6)孟晚舟案对中国的启示是什么?
在孟晚舟案中,我们可以清楚地看到,中国企业和中国国家的利益应该是高度一致的。
当中国企业在国际社会受到不公正待遇时,中国需要用国家的力量捍卫它们的合法权益,这在本质上,是捍卫中国人民的利益,更是在捍卫中国的国家尊严。
对于中国企业来说,一定要跟国家同心同德,保持沟通与信任。企业可以没有国界,但企业家都有国籍。中国企业要用好国家的软实力和硬实力,用中国的国家品牌为企业品牌背书,更要用良好的企业品牌为中国国家品牌贡献力量。
中国需要在一次又一次的“孟晚舟案”中,确立起美国等西方国家跟中国企业打交道的规则,“中国企业”这个标签不是原罪,而是一种强大的资产。任何国家如果因为“中国企业”这个标签对中国的企业和公民进行野蛮打压,中国都会做出合理、合法的反应,都会让一意孤行的国家、个人和机构付出应有的代价。

7)美国为何放弃引渡孟晚舟?
无论是特朗普政府悍然教唆加拿大扣留孟晚舟,还是拜登政府此时放弃引渡孟晚舟,都是美国在中美博弈的大背景下,为了维护其自身国家利益做出的选择,美国的政客和司法系统,其本质没有任何变化。
美国放弃引渡孟晚舟,至少出于以下三种考虑:
第一,孟晚舟案的司法理由确实不够充分;
第二,特朗普政府当年发起孟晚舟案时幻想以此打击华为、打击中国高科技行业,这个目标已经流产。华为是一个强大的组织,不管有没有孟晚舟,华为都可以持续、稳定地经营。不管华为今天面临多大的困难,但任何人都无法阻挡中国科技进步、产业升级的步伐;
第三,拜登政府希望了结孟晚舟案,释放一定的善意,给接下来中美各层级战略、经贸磋商创造条件。
对于中国来说,拜登政府了结孟晚舟案,这本来就是他们应该做的,这是纠正错误,不是给中国“恩惠”。美国和加拿大释放孟晚舟,是扫清中美、中加关系发展中的一个障碍,这不构成中美博弈中美国的重大让步,这一点必须让拜登政府清楚。

8)中加关系将如何发展?
孟晚舟案,可以说是加拿大政府近年来犯下的最严重国际外交错误。
加拿大明显高估了美国政府的诚信,也低估了中国政府捍卫中国企业和中国公民合法权益的决心。
美国实际上对很多国家都提出“截留”华为高管的请求,只有加拿大将此事等闲视之,顺从了美国的要求,这是加拿大、美国同属昂格鲁-撒克逊核心种族同盟的结果,也是加拿大在外交上犯了幼稚病的结果。
对于两名加拿大公民在中国从事危害中国国家安全活动的事情,本质上跟孟晚舟案没有直接联系。
国际政治从来都是非常复杂的,希望加拿大通过此事弄清楚,任何时候,加拿大如果跟随美国损害中国企业、中国公民的利益和中国的国家利益,今天的中国都有足够的手段和资源,对加拿大带来实质性的报复和伤害。
中加关系将如何发展,关键看加拿大的态度。如果加拿大继续跟随美国,攻击、污蔑中国,参与打压、遏制、围堵中国,中国不会坐视不管,中加关系也不会好到哪里去。如果加拿大愿意保持一定的战略自主权,理性看待中国的发展,中国也不会故意要跟加拿大为敌。

9)如何看待华为?

华为目前面临非常大的困难,这是事实。美国在芯片领域对华为的重重封锁,对华为的手机业务,甚至是5G业务,都带来了非常大的影响。
国内对于华为的支持和热爱,可以理解,但更应该做的事情,是保持理性。
现在很多营销号,动辄高喊“厉害了,我的华为”,制造了很多虚假信息,这是要不得的。
对华为最好的态度就是,让华为去干它自己应该干的事情。如果中美通过全面的磋商,解除或部分解除对华为的封锁,那是好事。如果美国继续全面封锁华为,那也没什么,从长远看,所有的事情都会是好事情。美国对华为的封锁,已经坚定了中国在核心零部件和原材料方面解决卡脖子问题的决心。从过往的历史看,中国科技和产业中最薄弱的环节,只要下定决心,早晚都是可以解决的,从汽车发动机,到航空发动机,都是如此,芯片产业同样如此。
具体来说,28nm制程的芯片,可能这一两年就能解决,但挑战是规模和产量。至于14nm、7nm甚至更先进的芯片,至少还需要三五年,甚至十年、八年。
现阶段,任何自媒体宣称华为和中国已经解决芯片难题,都是在胡说八道。
另外,当前的硅基芯片制程已经接近物理极限,或许在下一代芯片架构、设计、材料和制程上,中国能做出一些由点到面的突破。
让我们共同期待吧。

10)如何看待中美博弈?
我们对中美博弈的长期性、复杂性要有充分的认识,不要过于计较一时一地的得失,也不要忽喜忽悲。孟晚舟回国是好事,但也仅此而已,中美博弈、中美斗争,依然道阻且长。
在这个过程中,我们首先要来一场认知革命,打破国内各种崇美、畏美、恐美的思想,要敢于斗争,坚持斗争。美国的制度神话已经破灭,美国是否在走向不可逆转的霸权衰退,全世界人民都看在眼里。特别是,我们要清楚,在中美博弈的过程中,自始至终都不是中国要给美国下绊子、使黑招,相反自始至终都是美国在打压、围堵和遏制中国,我们是正义的一方。一时胜负在于力,千秋胜负在于理。在中美博弈的过程中,我们最大的理就在于,14亿中国人追求发展、追求过更好日子的梦想,是完全正当的,是完全合理的,是任何人都无法阻挡的。
美国这个国家有其独特的历史、宗教和文化背景,它不太懂得“有容乃大”、“和而不同”等中国的传统理念,它更听得懂的语言是“实力”和“利益”。中国要突破美国的打压、围堵和封锁,永远不可能靠讲道理,关键还是要靠基于实力的利益博弈。

那就让我们踏踏实实办好自己的事情,让中国从实力的地位出发,跟美国来一场持久的较量吧。

『孟晚舟案给我们留下的10点思考』https://t.cn/A6MGCskE


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