造福全人类！中国科学家用二氧化碳制葡萄糖，怎么实现的？

　　地球的气候危机越来越严重，罪魁祸首就是二氧化碳这种温室气体。如果人类能够找到一种方法消耗掉大气中的二氧化碳，并且转化为对人类有利的物质，那将是全世界的福音！
　　最近，中国的科学家就实现了这样的突破。电子科技大学夏川课题组、中国科学院深圳先进技术研究院于涛课题组与中国科学技术大学曾杰课题组合作，实现了将二氧化碳转化为葡萄糖的壮举。
　　我们知道，葡萄糖是生物体内的重要营养物质，可以提供能量，对于地球大部分生物来说都是必需的。实现了这样的技术，对于未来我们固碳具有重要的帮助。
　　在自然界，二氧化碳转化为葡萄糖的非人工途径也有，大家最熟悉的就是植物的光合作用了，方程式如下：
　　我们都知道这种方式是成本最低的减少大气中二氧化碳含量的手段，但世界上的植物并不是我们想要多少就有多少的。如果能随心所欲种那么多的树，咱们今天也不用担心气候危机了。所以，在继续开发清洁能源的同时，我们需要想出新的方式来将二氧化碳转变为葡萄糖。
　　那么，我国科学家是如何实现这个＂奇迹＂的呢？
　　研究人员介绍，想要直接从二氧化碳变成葡萄糖，目前来看还是做不到的，必须要经过一系列步骤才行。他们选中的一种中间产物，就是乙酸。
　　（图片说明：通过电化学耦合生物发酵实现将二氧化碳和水转化为长链产品的示意图）
　　乙酸又叫醋酸，也就是食醋的主要成分。研究人员指出，乙酸是一种优秀的生物合成碳源，所以他们希望先合成乙酸，再转化为葡萄糖。
　　二氧化碳制备乙酸，研究人员也采取了两步走的策略。这不是说直接合成不可能，但是直接电解合成乙酸的过程效率比较低，所以他们先把二氧化碳转化为一氧化碳（这个无机化学反应就很简单了），然后再利用一氧化碳转化为乙酸。
　　按照常规方法合成的乙酸不能直接使用，不仅要提高转化效率，产物中还有许多杂质。因此，研究人员采用了固态电解质的装置进行合成，解决了上述两个问题，让他们连续在超过140个小时的时间里制备出纯度高达97%的乙酸溶液。
　　（图片说明：本次实验中的固态电解质反应器）
　　接下来，乙酸合成葡萄糖的过程就要更加复杂了。
　　这个过程，研究人员是通过微生物发酵的方式来实现的。他们选择的是酿酒酵母，这种酵母在奶酪、馒头、酿酒等发酵行业经常发挥作用，它们可以＂吃掉＂乙酸，并且在体内合成葡萄糖。
　　这里有一个问题，酿酒酵母本身也会代谢葡萄糖，这就会导致产物流失，产量下降。为此，研究团队又敲除了酿酒酵母中代谢葡萄糖的三个关键酶原件——Glk1、Hxk1和Hxk2。就这样，这些酵母天生就没有分解葡萄糖的能力，保留了所有的产物。
　　与此同时，研究人员还将另外两个疑似具备代谢葡萄糖能力的酶元件敲除，替换为来自泛菌属和大肠杆菌的葡萄糖磷酸酶元件。据介绍，这两种酶可以将酵母体内其他通路中的磷酸分子转化为葡萄糖，也就是让酵母菌获得了另一种合成葡萄糖的途径。
　　通过这些方式的合成，研究人员实现了2.2克每升的葡萄糖产量。
　　在未来，这种电催化结合生物合成的新型催化方式，甚至可能创造更多奇迹，比如制造色素甚至是生产药物。
　　不仅如此，大家可能还记得，去年9月，《科学》期刊发表了我国科学家的另一项重大突破，那就是实现了利用二氧化碳制淀粉的突破。
　　淀粉也属于糖类，葡萄糖叫做单糖，淀粉则属于多糖，经过分解可以得到葡萄糖。众所周知，淀粉是粮食最主要的成分。通过二氧化碳制备淀粉，可以说是直接将人类不用的气体转化为＂粮食＂。而且，人工合成淀粉的效率甚至是传统农业生产淀粉的8.5倍。如果未来能够推广甚至投产，那将会给世界带来巨大的转变！
　　正如我们前面所说的，二氧化碳导致的温室效应给我们带来了气候危机。如果我们能够找到一些化学手段将二氧化碳收集起来，甚至转化为葡萄糖、淀粉这样的营养物质，那么在拯救地球气候的同时，还能缓解全世界的粮食危机，可以说是造福全世界！
　　科学家指出，随着人类新能源发电技术不断提升，电力成本不断下降，未来通过电还原技术分解大气中的二氧化碳将逐渐走进现实世界，这对于我们挽救地球危机有重要的意义。
　　说起来你可能不信，这样的技术，对于人类建立外星殖民地也有帮助！
　　2018年的时候，美国宇航局曾经发起了一项＂百年挑战项目＂，以现金奖励的形式号召大家开发出将二氧化碳转化为葡萄糖的途径。他们表示，这种技术有助于人类未来对火星的开发。
　　我们知道，火星是一个非常贫瘠的星球，但在太阳系中算是环境比较好的了，人类希望在未来能够登陆火星甚至在这里定居。不过，这里几乎没有氧气、没有水，更别提食物了。这些资源全部从地球带过去是不现实的，只能想办法利用火星仅有的一些物质进行合成。
　　火星大气中最多的就是二氧化碳了，尽管密度仅有地球的1%，但其中95%都是二氧化碳。二氧化碳含有葡萄糖里三种元素中的两种，至少在理论上存在合成葡萄糖的可能，所以NASA才鼓励大家进行这样的尝试。
　　（图片说明：本次实验中用于制备葡萄糖的酵母菌株发酵液及制备的葡萄糖）
　　可以说，不论是在地球还是在火星，二氧化碳转化为食物、药品的技术都具有极其重要的意义。变废为宝是每一个人的梦想，而这样的梦想就需要这些伟大的科学家们来帮助大家实现。今天我们觉得大气中的二氧化碳太多，没准未来的哪一天，二氧化碳还不够用了呢……#我国科学家将二氧化碳人工合成葡萄糖和脂肪酸#