探索宜居地球的秘密武器……可能就是人工光合作用

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生物地球2.0的发现让我们面临一个尴尬的现状。如何能够到达这个宜居地球？

似乎眼下我们唯一能做的就是建立一个与地球相似的缩小版的生物圈。这可以在旅途中及到达目的地以后，让我们有一个相对适应的缓冲区。

生物圈只是进行原始的模拟地球的环境中制造的，自然状态下的光合作用的转化率只有0.38%。这样的话会让飞船的体积极为庞大。如果我们让光合作用的利用率高一倍。也许我们的飞船最少能缩小1/3。高两倍就能缩小一半。

生物圈2号

最近在杨培东先生的研究团队努力下，将光合作用的利用率提高到了0.38%，这已然与自然界中的植物转换率几乎相同。但杨培东先生表示，将来很有可能会提升至3%~4%，也就是说人工光合作用的效率要比自然人工光合作用的效率高10倍。这样一来，我们就可以将飞船的以及缩小到原先的1/5，甚至更小。或者我们可以将宝贵的空间腾出来，装载其他必要的设备。

杨培东先生曾被认为是诺贝尔奖的大热门人物。很多人对他的名字感到很陌生。但在化学和材料学领域，他却是全球最顶级的十大化学家之一和排名第一的材料科学家。他的研究成果众多，且每一个都是行业内具突破性的代表作。它的半导体纳米线，原子组装方面，已经走在了行业的前沿。例如，他率领的团队造出了世界上最小的纳米激光器，这一切是在一根比头发丝还细的，纳米导线上实现的。这在将来会应用于先进的光子计算机上，而这将彻底颠覆已有计算机行业的游戏规则，到那时，相信计算机的运算速度一定会产生革命性的跃进。

但我们今天要说的并不是杨培东的这些成就，而是他在另外一个，更加生机勃勃的的领域~“人工光合作用”。光合作用

光合作用

说起光合作用我们也许每个人都不陌生。光合作用通常是指绿色植物，包括草类吸收光能，把二氧化碳和水合成富能有机物同时释放氧气的过程。我们可以把它更详细的分为光反应，按反应两个阶段。我们目光所及的绿色植物，它们每时每刻都在进行着奇妙的光合作用。维持着自然界的能量平衡。并决定性的调节着大气的有效构成。它们无论从繁殖，开花，还是结果，无时无刻不在进行着营养传递，积累，氧气和二氧化碳的制造，这些都离不开光合作用。其中最重要的是，我们的主要食物来源几乎都来自于碳水化合物，也就是植物的种子，果实或根茎……虽然我们还要摄取很多美味的动物性的蛋白和营养。在将来必定会被植物性蛋白所起的，也就是我们所说的人造肉。

食物来源

我们不仅要感叹，“光合作用”简直太神奇了！但我们能够人为的模拟（或者控制）这种奇妙的光合作用吗。可以说光合作用是地球上所有生物赖以生存的根本。（当然厌氧生物除外）自从有了“光合作用”，地球上的生命，动物和植物才有了进化的原动力。很可惜的是，人类现在还没有完全搞清“光合作用”的机制。更谈不上对于“光合作用”进行人为的控制。

很早以前人们就发现植物在白天吸收二氧化碳呼出氧气，到了晚上则吸收氧气而呼出二氧化碳。从1971年开始，人们开始对光合作用进行研究。最终意识到光合作用是由光和二氧化碳和水加在一起，而产生我们所呼吸的氧和植物所需要的养分。

从那时起，人们就已经发现光合作用产生的我们所吃的粮食其实不过是植物将太阳的能量转化储存起来。直到上个世纪的90年代，科学家们开始尝试用光敏色素（电子给体和受体共价键结合的体系，吸收红光，远红外光，可逆转换的光受体色素蛋白质称为光敏色素。）

光敏色素

在之后的研究中，杨培东在人造光合作用的研究中实现了革命性的突破。可以说让人工人造光合作用，完全的从实验室走出来。杨培东的团队通过所研发的一套纳米线和细菌组成的有趣的系统进行人工光合作用。他们把自然界中植物利用太阳能，将水和二氧化碳转化成碳水化合物的这一个过程，直接转变为醋酸脂，它是今天很多生物合成反应的基础，我们也可以将它称作是一种万能基材。然后再通过一种细菌的催化直至产生堪称汽油的丁醇。而且这套人工光合系统可以通过化学反应，二氧化碳被施了魔法一般，摇身一变化身为各种各样的化工原料和燃料。而这一切的输入，除了这套人工合成系统以外，最主要的能量就是太阳光。

阳光的能量

杨培东表示这套系统的太阳能转化率还很低，大概在0.38%。那么既然这套系统可以生产出我们所需要的各种化工原料，那么剩下的就是如何提高它的效率。

在接下来的一段时间内，杨培东先生的团队打算用纳米科技增强入他们的人工光合系统的运作，从而使最终的目标达到转换率为3%~4%甚至更高。

在不久的将来，我们不难看到，直接将二氧化碳变成汽油；我们也直接可以在餐厅里把二氧化碳变成我们所需要的大米面粉油，甚至是人造肉，人造蛋，奶等。

也许将来我们可以改造一个像潘多拉星球那样的，或者是火星那样的，弥撒着二氧化碳，甲烷的星球。在我们安居乐业探索这颗星球的同时，也潜移默化的将它改造成，可以供我们人类生存的宜居空间。

与拉玛相会剧照

还记得上学时最喜欢的那部~《与拉玛相会》的科幻小说。那艘载着一个小天地的长达30英里的圆柱形神秘外星人造物， 恐怕在不久的将来就要实现了。也许我带着一个小小的生态圈，能像那艘飞船一样，我们运用人工光合作用，包揽我们所需要的一切，并为我们探索宜居地球的太空冒险之旅保驾护航。

本文由星光之霖原创，希望与大家一起学习科学知识，并欢迎讨论。


本文选自：今日头条