未来对月光族来讲，没钱喝西北风生活可能不再是一个问题。
只需要灌点空气就能过活，而这真的可能吗？
当然，这只是一句玩笑话，不过从空气中制作食物还真不是天方夜谭。
我国科学家已经通过实验证明，可以利用二氧化碳进行人工合成淀粉。
西北风还能做食物?
这种合成方式的灵感来自于植物的光合作用，简单来讲是经过人为控制的方式进行一种类光合作用，然后经由各种酶的作用，最终生成淀粉。
并且这种淀粉经过科学家们的比对，结果表明人工合成淀粉与自然界中的淀粉成分没有明显区别。
另外，这种合成方式的材料几乎都来自于自然界，并且合成效率是传统农业淀粉产量的8倍左右。
以玉米为例，仅需1立方米的生物反应器就能达到5亩地的淀粉产量。
淀粉种类有很多
人工合成淀粉究竟是怎么一回事？它与自然界的光合作用有何不同？我们现在能够吃上人工合成淀粉吗？这项技术在未来将会如何作用于人类？
本文将从人工合成淀粉实验、光合作用这两个方面来解答这些问题。
接下来就一起来看看中国科学家是如何用二氧化碳人工合成淀粉的，它的原理是什么？而这项技术能否获得诺贝尔奖呢？
诺贝尔奖章
完美循环的光合作用
我国曾在20世纪60年代就人工合成过结晶胰岛素，作为一个资源消耗大国，几乎在任何方面的需求都是惊人的。
那么，我国科学家又是如何通过人工的方式进行淀粉合成呢？
正式说到人工合成淀粉之前，我们首先应该了解自然界的光合作用。
尽管我们在中学时期都简单地进行过系统学习，在这里有必要再强调一下。
人工合成胰岛素
植物的光合作用通过光能转化为化学能，化学能作为植物生长的能量，最后再进行释放，为生物提供活动所需的氧气。
其中进行反应的关键物质为叶绿素，整个反应过程中会有烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）和三磷酸腺苷（ATP），这是细胞活动所需的必要能量。
二氧化碳作为光合作用中的主要参与物质，它会在碳固定的过程中被转化为糖，而消耗的能量又会通过阳光进行补充，然后光能进一步将二氧化碳转化为碳水化合物。
光合作用的基本过程
光合作用中还会有各种多糖的合成，例如淀粉这样的物质，并且整个循环不会有额外的需求，是一个很完美的热力学平衡循环，它也被称作卡尔文循环。
其大体可以分为两个阶段，第一阶段就是前面所讲的光依赖反应，第二阶段便是不依赖光的反应。
卡尔文循环中的二期阶段是植物合成多糖的关键循环，也被称作暗反应，因为它并不依赖光的反应。
生物酶从大气中获取二氧化碳，并在卡尔文循环中使用合成出的NADPH，然后释放出三碳糖，这些糖类将会进行结合并形成蔗糖和淀粉。
蔗糖颗粒
在植物的光合作用中，想要生成更多的糖就必须要进行碳浓缩。
二氧化碳浓度的增加使得植物可以将其添加到三碳分子磷酸烯醇丙酮酸（PEP）中参与反应，从而固定叶肉细胞中的二氧化碳。
该反应被称作PEP羧化酶的酶催化作用，并产生四碳有机酸草酰乙酸。
碳浓缩在催化作用下提高了植物的光合能力，并可以在高光和高温的条件下允许玉米、高粱、甘蔗等农作物生成更多的糖，几乎超过90%的植物都会使用三碳分子进行碳浓缩固定。
高光高温下聚集更多糖分
植物的光合作用是一系列非常复杂的化合过程，并且有60多个参与步骤。
就整个光合过程的效率上来看，植物的光合效率通常在3%~6%之间，未转换出的光能将会以热量的形式进行消散。
而这样的转换效率又会随着温度、光强度以及二氧化碳浓度的变化而变化。
那么我国的科学家们又是如何做到用二氧化碳合成淀粉的呢？
科学家正在做实验
人工合成淀粉，“喝风”不再是玩笑话
研发该技术的科学家团队来自天津工业生物所，他们从年起就在进行各种相关实验。
受自然光合作用的启发，整体的设计思路为能源工厂产生的高浓度二氧化碳作为原料，再将其用太阳能电池转化为能量，并进行碳氢化合物合成，最后生成淀粉。
这听上去很简单，实际上科学家要面临的问题非常多，首先是如何进行一个有效地实际转换。
人工合成不像自然，植物的天然合成不需要额外的变量因素参与，整个光合作用是一个完美的闭环。
除此之外，每个生物酶的参与作用都很协调，酶催化反应不会出现问题，但是人工情况就无法保证%不出错。
天津工业生物所的科学家团队于年开始试验
因此科学家们先对生物酶适配进行了一个基本的归纳，由于人工选择的生物酶并不完美，部分催化反应会产生矛盾，因此选择合适的生物酶配对也是关键所在。
研究团队将碳配合划分为一碳化合物、三碳化合物、六碳化合物以及多碳化合物。
在每种碳合物的搭配中寻找一个最为合适的调配。
有了这些思路搭建后，实验的大致过程也被展现了出来。
复合酶
首先是光能合成这部分，由于是人工合成，所以科学家采用了太阳能电池将其拟作植物，并吸收光能进行充电。
然后将电能送往能够进行电解的装置中，电解成分为水。
水在电解后生成氧气和氢气，然后利用二氧化碳和氢气进行化学反应，并用氧化锌等作为催化剂，得到甲醇和水。
其中甲醇是这个环节中的关键合成物质，它就如同前文中提到的NADPH和ATP，是生物所需的主要能量物质。
第二环节便进入到卡尔文循环过程，科学家通过计算机模拟分析将拟配好的生物酶和碳化合物进行排列组合，在多种组合中寻找到关键的配比。
实验室合成淀粉的完整步骤
有了合适的生物酶、碳配合，同时还有了合成所需的能量，接下来就是将它们放至生物罐中进行高阶反应了。
在这个环节中，合成能源与甲醇反应会生成二羟基丙酮（DHA），这是一种三碳化合物，经由生物酶的参与，最后在卡尔文循环下生成淀粉。
与自然界的淀粉合成相比，人工合成淀粉的效率非常高，只需要4个小时就能合成淀粉。
如果以玉米这样的高淀粉经济作物为例，玉米的生长周期大概在4个月左右，如此一看，高下立判。
科学家在证明人工合成淀粉与自然生成的淀粉无异后，人工合成淀粉技术在年宣布成功。
玉米的生长周期在4个月左右
这项技术毫无疑问是具有超高的前瞻性，并且能够在未来发挥十分关键的作用，有人也许会问，该技术能够获得诺贝尔奖吗？
未来的起点
尽管这项技术取得了成功，但我们不能忽略的一个事实是，相比之下人工淀粉的合成效率虽然更高，但是它需要大量的二氧化碳，以及大量的电能，而植物并不需要这么多能量就能进行补充，并且还能够释放氧气。
植物的光合作用可以释放氧气
此外，人工合成淀粉都是在实验室里进行的，从规模上来讲远远达不到生产的标准。
因此从经济性方面来看，这项技术还需要进一步完善。
我国的科研团队也表示，当下人工淀粉合成技术除了经济成本外，还需要解决电能利用效率再提高、碳固定转换淀粉效率再提高，并且这个效率必须提升数十倍才有机会和现代农业进行竞争。
所以这项技术还不能满足诺贝尔奖的社会性需求，因此我们当下还有较长的一段路要走。
但这种由0到1的突破毫无疑问，这是我国农业发展迈向未来的关键。
目前，人工合成淀粉都是在实验室里完成的
同时我们也可以看到，当这项技术完全成熟后，人类可以解决目前备受困扰的碳排放和温室效应的问题。
这种合成技术很明显能够消耗大量的二氧化碳，并且还可以解决一定的粮食问题。
现代农业大部分都会使用化合肥，特别是氮肥，以及磷酸钾等等。
大面积的土地耕种，以及农业生产的碳堆积都会对地球当前的环境造成影响。
忙着耕种的人们
另一方面，人类未来还有殖民火星的愿景，如果这项技术投入使用，那么对火星进行小范围的改造也不再是问题，至少人类可以在上面进行简单的生产活动。
未来的幻想正在成为逐渐靠拢的现实，这才是真正的未来可期，中国也在一直不断地为人类未来做出努力。
