早在6年前，中国科学家已产生若干个大胆的科学设想：如果人类不靠种地，是否也可以获得淀粉；如果占空气0.031%的二氧化碳能“变成”淀粉，人类还用担心全球变暖吗；如果人类不再靠天吃饭，粮食由土地种植转向工厂制造，粮食危机还存在吗……如果这一系列的“如果”变为现实，那么世界将如何被科学改变？

　　这些颇具科幻色彩的设想，如今在科学家的不懈探索下有望变成现实。前不久，中国科学院天津工业生物技术研究所（以下简称天津工业生物所）研究团队在人工合成淀粉方面取得重大突破性进展，首次在实验室实现了二氧化碳到淀粉的合成。

　　北京时间9月24日凌晨2时，这一成果论文在国际学术期刊《科学》杂志在线发表。这被认为是“从0到1”的原创性成果，突破了生化反应进化瓶颈，向设计生命迈进了一大步，为设计组装新功能的生物系统提供了新的科学基础。

　　人工合成淀粉——典型的0到1的原创性成果

　　淀粉的重要似乎不言而喻，它是食物中最重要的营养成分，提供全球超过80%的卡路里，同时也是重要的饲料组分和工业原料。如果生产了近20亿吨谷物粮食，其中约12～14亿吨是淀粉。

　　截至目前，持续了1万多年的农业种植，仍是生产淀粉的唯一途径，人类早已习惯了这种既有的“造物”方式。

　　“自然造物”存在其局限性：上亿年来，植物吸收了二氧化碳，在温度、光照、生长周期等因素的复杂调控下，要经过约60步代谢反应和细胞组件间运输，最终才能通过“光合作用”实现淀粉的合成与积累。

　　以玉米等农作物为例，在自然光合作用下，理论能量转化效率为2%左右，太阳能利用效率过低。但这远远满足不了现实的需求：传统的粮食生产要消耗38%的土地、70%的淡水资源和大量的化肥和杀虫剂。而我国作为全球第一人口大国，得用不到10%的耕地、6%的淡水资源，养活近20%的人口，粮食安全一直是我国面临的重大挑战。

　　科学家们早已在思考：能否实现粮食生产环节中，淀粉生产范式的改变？

　　2018年，美国提出了从二氧化碳出发合成葡萄糖（淀粉组分）的百年挑战计划。设计人工生物系统，不依赖植物合成淀粉，足以成为影响世界的重大颠覆性技术，“农业工业化”的科技竞争进入了新赛道。

　　在此之前，中国科学家就已经开始布局。

　　2015年，天津工业生物所的科学家们正式向“二氧化碳到人工合成淀粉”这一国家重大前瞻性、战略性科技问题发起“进攻”。围绕淀粉人工合成的核心任务，该所总体研究部联合10余个研究组形成“攻关团队”，试着解析二氧化碳电氢还原等方面的“科学密码”。

　　历经6年，中国科学家终于在实验室“改写”了自然进化里的光合作用过程——将植物淀粉合成的“羧化-还原-重排-聚合”以及需要组织细胞间转运的复杂流程，简化为“还原-转化-聚合反应”过程，实现了直链淀粉和支链淀粉的可控合成。

　　根据目前技术参数推测，在能量供给充足的条件下，理论上1吨发酵罐年产淀粉，可相当于5亩土地的玉米淀粉的年平均产量，为淀粉生产的车间制造替代农业种植提供了一种可能