科学应对粮食短缺三法：昆虫、人造肉、光合作用
生物探索,2012-02-02
每年的春节似乎都与大吃大喝联系在一起，即使不是春节，我们的生活也几乎离不开大鱼大肉。国外新闻也一直在报道，随着生活条件的提高，肥胖问题越来越突出，但是在这个世界上还有一批人，他们每天过着食不饱腹的生活，他们对粮食短缺有着深刻的体验。世界多个国家都对此投入研究，希望能尽快解决粮食短缺的问题。有的是从数量入手，例如杂交水稻和转基因，直接生产出大量粮食，供更多的人食用。有的是从食物入手，增加另一种食物途径，例如吃昆虫、吃人造肉。有的想法更简单，直接让人们戒掉饮食，学植物依靠光合作用获取能量。
杂交水稻
杂交水稻和转基因是老生常谈，这里就不再赘述。对杂交水稻值得一提的是，在2011年9月，中国工程院院士、“杂交水稻之父”袁隆平指导的超级杂交稻亩产突破九百公斤，达到926.6公斤，令世界瞩目。他本人也获得了2011年“马哈蒂尔科学奖”。在近日领奖的时候，袁隆平又给自己提出了更高的要求：争取在90岁前实现超级杂交稻亩产1000公斤。根据以往的经验，或许不用等到90岁，袁隆平就可以实现这个目标。
食用昆虫
吃昆虫，古来即有之。中国食用昆虫的记录可追溯到3000多年前，那时候人们食用蚂蚁、蝉、蜂、蜉蝣、胡蜂、椿象等。到目前为止，全世界有大约25亿人经常食用添加昆虫的食物，可食用的昆虫种类超过1000种。但大多数情况下，人们吃昆虫只是为一饱口福，以后，情况可能就会有变化了。欧盟提出了一项计划，准备斥资300万欧元，研究将昆虫作为一种蛋白质替代来源的可能性，因为昆虫蛋白含量高，脂肪含量低，并且它的生存空间小，可以在封闭的建筑内饲养，使用自然光照明，需要的饲料少，饲养成本远远低于牲畜。例如，某种蚯蚓的蛋白质含量是牛肉的3倍，4只蟋蟀的钙含量与一杯牛奶不相上下。因此，将昆虫作为食品，可以作为应对粮食短缺的一种方式。
但是，并不是每一个人都能接受吃昆虫。而科学家也并不是培育出很多昆虫让人们直接吃。他们会将其做成易于接受的形式，添加到食物中。科学家预测，十年后，吃昆虫将变得非常普遍，也许我们现在要做的，就是做好心理准备了。
人造肉
欧盟将于今年敲定昆虫研究计划，与此同时，人造肉今年也将迎来一个新突破。到目前为止，科学家已经破解了实验室人造肉之谜，他们现在主要是想找出一种办法，能让它“物美价廉”地进入市场，端上寻常百姓的餐桌。根据荷兰马斯特里赫特大学生物学教授马克•波斯特的说法，全球第一个人造肉有望于今年8月或9月问世。
科学家制造人造肉的方法有很多，美国南卡罗来纳医科大学的研究人员用成肌细胞制造。研究人员从火鸡中提取成肌细胞，将它们浸泡在牛血清营养液中，营养液盛放在甲壳素制成的支架上，结果这些成肌细胞就长成了一条条火鸡肉。不过，这种火鸡肉比较干，没有天然火鸡肉的多汁肉感。一些研究人员建议添加脂肪，另一些科学家建议添加血管组织，目前他们正在进一步研究中，希望最后能够研制出在外观和质地上与真正的火鸡肉相差无几的人造肉。如果成功的话，他们还有可能获奖。英国动物福利组织Peta已经承诺，不论是哪一个科学家，只要能够在2016年前发明出在味道纹理上和真肉相差无几，并且在美洲10个国家至少销售2000英镑的人造鸡肉，将会得到100万美元的奖励。
荷兰马斯特里赫特大学生物学教授马克•波斯特用干细胞制造人造肉。他造的不是鸡肉，而是牛肉。他带领研究人员从牛身上提取肌肉成体干细胞，把它们培养在一种蛋白质液体培养基里，使其大量繁殖，产生一种粘性组织，最后慢慢形成肉。研究人员说，如果方法得当，培养原料和环境都适宜，10个牛肌肉细胞可以在两个月内产生50000吨肉。但是，也有研究人员表示，目前的实验还刚刚起步，对干细胞的控制能力还比较弱，最终能不能培育出香喷喷的牛肉还很难说。事实上，他们在2009年一次猪肉培育的实验就不太成功，当时研究人员的确用猪的成体干细胞培育出几片所谓的猪肉，但是煮出来之后根本没有猪肉味，倒很像是枪乌贼的味。
相比而言，日本科学家的研究方法就令人大跌眼镜了。2011年6月，日本冈山实验室的池田光行利用人类粪便开发出了一种人造肉。他发现人类的粪便中含有大量的蛋白质，他带领研究人员从粪便中将把些蛋白质提取出来，制成人造“牛排”，再用色素把它染成肉类的红色。他们说，这种“肉”的蛋白质含量高达63%，碳水化合物25%，脂类3%，矿物质9%。参与调查的公众则反映这种人造肉尝起来味道不错，真有点像牛肉。不过，不管怎么说，这种“粪便肉”还是超越了人们的心理底线。无论这肉处理得多么干净，总归是从粪便中提取出来的。可以设想一下，假如人们在吃这肉的时候，想到它的来源，心理底线低的人可能会恶心呕吐。
虽然现在只在实验阶段，人们也在担心人造肉可能引发的伦理问题，但是从大的方面来讲，人造肉确实是一种应对粮食短缺、环保的方式。
光合作用
众所周知，植物不需要像人一样，要吃许多种食物才能保证身体健康。它们要想获得能量，只要太阳、水和二氧化碳就足够了。要是人也这样不就更好吗？或者说，人像动物一样，利用大自然合成自身所需的能量，这样，所有粮食短缺的问题就一了百了了。但是，尽管光合作用看来很简单，要人工实现绝非易事。目前人工光合作用面临着三大难题：如何捕捉太阳能；如何以电子的形式将太阳能转运到反应中心；如何在光合作用的循环过程中补充电子。其中前两个难题已经基本得到了解决，但至今还不知道如何解决第三个难题。要解决这个问题最好的办法就是，彻底弄清光合作用的反应机理。
光合作用的基本过程是在叶绿体内进行的。叶绿体吸收光子，并传导给叶绿素，使它释放出高能电子，用于将二氧化碳还原为糖。叶绿素分子每丢失1个电子，催化核心就会从水分子中抽取1个电子为其补充。这样，经过4轮电子转移，两个水分子转化为1个氧气分子、4个电子和4个氢离子，然后重新开始新一轮的循环。但在人工过程中很难实现电子补充，研究人员希望，在循环过程中将这一难题尽快攻破，到时人类就能像植物一样，将太阳光转化为可以利用的能量。
