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2021年9月,中国科学家发表于世界顶级学术期刊《科学》上的一项研究成果,吸引了全世界的关注,引起了空前热烈的讨论,它就是用二氧化碳人工合成淀粉的技术。淀粉是什么?你细细咀嚼米饭或者馒头,会尝到淡淡的甜味,这就是淀粉引起的。淀粉是糖的聚合物,糖是为人体提供能量的物质,因此,有了淀粉就有了糖,也就有了能量来源。目前,我们主要依赖农作物来提供淀粉。如果有了人造淀粉,我们是不是可以摆脱农作物的限制,自制粮食了?别急着激动,我们先看看到底是怎么回事。01神奇反应我们吃的淀粉,是植物产生的。那么,大自然中的植物是怎么产生淀粉的呢?经过仔细观察研究,科学家发现,植物会利用空气中的二氧化碳和水,在阳光下进行光合作用,从而生成糖类,再合成淀粉,给人类和动物们提供食物。简单来说,这个过程就是把太阳能变成了化学能,让植物和动物都可以利用。但是在科学家看来,植物的这个转化过程相当“不划算”:因为过程十分复杂,涉及了60多步代谢反应和一系列生理调控,但能量转换率很低,只利用了不到2%的太阳能。能不能模仿植物光合作用,设计出一个能量转换率更高的淀粉生产过程呢?中国科学院的研究员们花了6年时间,终于找到了一个可行方案:利用二氧化碳和水,在电能和生物酶的帮助下做出了糖,最终合成淀粉。如果能量充足,跟钢琴差不多大的一个生物反应器,一年的淀粉产量与5亩田地玉米的产量相当。这可比植物产淀粉“划算”多了!耕种5亩的玉米,不仅需要占用5亩耕地,还要播撒种子、施加肥料和用化学药物驱虫,最后还要用机器收割。其中,施肥和驱虫可能对环境造成污染,机器收割会排放二氧化碳。但生物反应器经过一系列稳定的反应,可以直接得到最终产物淀粉,合成速度是玉米合成淀粉速度的8.5倍。最重要的是,它使用消耗的原材料正是二氧化碳,对环境相当友好。02变废为宝作为一种气体,二氧化碳是大气的一种组成成分,占大气的0.03%到0.04%。在自然界中,动物呼吸、动植物遗体分解都会产生二氧化碳。另外,我们人类使用石油、天然气等一些生活和生产活动,也会产生二氧化碳。正常情况下,排放到大气中的二氧化碳,有些会被植物经过光合作用吸收利用,有些会留在大气层中,帮我们挡住从地球反射回太空的阳光,为地球保暖。但近百年来,人们发现地球的温度越来越高,甚至连南北极的冰川都开始大面积融化,引发了一系列的环境问题。这一切都与二氧化碳有关:人类向大气排放了过多的二氧化碳,导致大量阳光被留在地球大气层,地球温度随之升高。但是,二氧化碳的用处也很多。比如,固态二氧化碳(干冰)可以用来制冷,或者用来制造仙气缭绕的舞台效果液态二氧化碳填充到灭火器里可以充当灭火剂。另外,人们还会在食品饮料中添加二氧化碳,像可乐等碳酸饮料正是因为充入了二氧化碳才会产生气泡。为了保护地球,更是为了保护人类自己,人们一直在倡导低碳生活,以减少二氧化碳的排放,并想方设法使用消耗更多二氧化碳。利用二氧化碳人工制造淀粉,不仅能为人类提供粮食,还为推进“双碳”目标的实现提供了一种新思路,这不是一举两得吗?知识链接“双碳”目标:碳达峰目标和碳中和目标的简称,它们是我国对温室气体减排所提出的两个目标。碳达峰目标:我们国家承诺在2030年前,二氧化碳的排放不再增长,达到峰值之后再慢慢减下去。碳中和目标:到2060年,针对排放的二氧化碳,要采取植树、节能减排等各种形式抵消掉。03人造事物你可能会问,天然的粮食不好吗,为什么要费这个劲儿去人工合成淀粉呢?过去几年里,很多地方环境受到破坏,耕地受到影响,再加上新冠疫情导致的经济衰退,全球很多地方都陷入了食物不足的困境。如今,如何增加粮食产量已经是全世界需要思考的问题。纵观世界各地人们的饮食结构,富含淀粉的主食是大多数人的首选。我们吃的大米、面条和馒头等,甚至红薯、玉米和土豆中都富含淀粉。可以说,淀粉是我们主要的能量来源。如果能够人工合成淀粉,可以很好地缓解因耕地面积不足、极端天气等所造成的缺粮压力。因此,我国科学家研究的这项技术对人类非常有意义:不仅增加了温室气体二氧化碳的去处,降低了二氧化碳含量,还能生产淀粉,供人类制作食物,补充能量。不过,这项研究仍在起步阶段,还不能直接用大气中的二氧化碳作原材料,用的是商用二氧化碳(即通过工业程序分离出来的二氧化碳)。目前,实验生产出来的淀粉虽然和植物淀粉没什么两样,但能不能给动物作饲料或者给人吃,还需要进一步的研究。或许不久后,我们就能直接用大气中的二氧化碳来生产可食用淀粉了。这样的话,即使未来移民火星,我们也不用发愁怎么在火星上种土豆,可以直接利用火星大气层里的二氧化碳来合成淀粉,做出各种美味可口的食物。知识链接根据联合国发布的《世界粮食安全和营养状况》报告,2020年全球约有十分之一人口面临食物不足的困境。其中,亚洲有4.18亿人面临粮食短缺,非洲有2.82亿。另外,全球还有24亿人无法获得营养充足的食物,比上一年增加近3.2亿。科学小剧场小朋友们,看完这篇文章后,你知道人工合成淀粉是怎么合成的吗?把你的答案通过“写留言”告诉我们吧~点赞最高的5名小朋友将获得我们送出的两本《我们爱科学》杂志哦~往期获奖小朋友留言大家好,我是来自北京市顺义区裕龙小学三(8)中队的王瑾轩。我平时特别喜欢阅读各类书籍,这次在