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老和山下的小学僧:二氧化碳变淀粉:算多大事儿?|2022-11-14

给大伙转几则新闻标题,回顾一下当时的热闹景象。
我国首次实现二氧化碳到淀粉的从头合成。
我国发明二氧化碳还原合成葡萄糖新方法。
我国实现二氧化碳到油脂的人工合成。
中国农科院实现从一氧化碳到蛋白质的合成。
技术细节且不提,先聊聊这算多大一事儿。

墒增定律与碳

在物理学众多定律中,“墒增定律”经常被人赋予极高的地位,因为它的另类表述非常符合普罗大众对未来的幻想:宇宙演化是一个从有序到无序的过程。
既然宇宙是从有序到无序,那么我想问问:最早的“有序”是从哪里来的?其实,按照现有的宇宙大爆炸模型,宇宙在诞生之初只是一锅粒子汤,非常的“无序”,后来粒子汤演化出恒星,恒星爆炸又产生了重元素,重元素形成了行星,行星上出现了生命,然后才有了你和我……貌似是一个从无序变有序的过程。
如果我们从能量转化角度来看这一切就舒服多了。首先,宇宙炸开之后的粒子汤具备很高的能量,接着这群高能量的粒子慢慢变成了低能量状态,多余的能量用来把所谓的无序变有序。整个过程当然会有些反复,有序变无序时就释放能量,无序变有序时就消耗能量。
对地球生物来说,在有序无序转化过程中,碳元素是一个非常重要的角色。地球上的动物植物几乎可以算是太阳能驱动的,植物通过光合作用,把无机物的碳变成有机物的碳,把太阳能存了进去;然后动物把植物吃了,获取能量的同时,把一部分有机物碳变回无机物碳,另一部分碳则继续各种转化,变成蛋白质、油脂等,最终通过呼吸作用、死亡腐败等不同途径变回二氧化碳。
从整个过程来看,碳就是一种能量载体,积累能量变成碳链,释放能量变回二氧化碳,生命就在这种循环中诞生、逝去。
不过,这一套流程的效率不太高。首先植物利用太阳光的效率不到1%,接着,动物每吃一轮,能量损失80%~90%,比如一头牛吃的青草含有100的能量,其中只有10~20积累到牛身上,然后我们再把这头牛吃了,最终只能获得1~4的能量。
那么问题来了,地球上接受太阳能的面积是恒定的,这些能量扣掉大气环流、水汽蒸发、地球热辐射等等基本开支,剩下的能量再经过动植物层层盘剥,最终能养活的人类数量也就有了上限。
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