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治愈自然世界的生物革命

合成生物DNA
百叶窗

自然可以帮助治愈自然。科学家和企业越来越希望通过生物学来更有效地利用我们开采的自然资源,并应对气候变化。

在COVID-19大流行爆发之前,气候变化是我们这个时代最复杂和最紧迫的挑战。事实上,两者之间存在着联系。科学家认为,气候变化是一个威胁倍增因素,它通过剥夺动物控制病毒所需的基因多样性(通过人畜共患传染病转移到人类身上)来增加感染疾病的风险。

一场生物革命正在进行中,它可能为减缓或扭转气候变化的更广泛努力作出贡献。这场革命是由我们对DNA进行测序并利用这些信息来设计基因的能力的迅速发展推动的,这些信息可以治疗人类疾病,创新基于生物的制造新形式,并提高农业的产量和恢复力,而这些都是由越来越复杂(和更便宜)的计算、数据分析和工程技术所帮助的。

研究发现,到2040年到2050年,仅这400种应用就可以使人类制造的温室气体年平均排放量比2018年减少7%到9%。

在一份新报告中生物革命:改变经济、社会和我们生活的创新麦肯锡全球研究所(McKinsey Global Institute research)编制了一个包含约400个应用程序的库,这些应用程序在当今几乎都是科学上可行的,在未来10到20年内每年可能产生高达4万亿美元的直接经济影响。考虑到潜在的连锁反应、尚未出现的新应用和更多的科学突破,全部潜力可能要大得多。

毫无疑问,前面有许多挑战,有些科学仍有待充分发展。然而,研究发现,到2040年到2050年,仅这400种应用就可以使人类制造的温室气体年平均排放量比2018年减少7%到9%。这相当于2018年全球航空业二氧化碳排放总量的8倍。

关于如何减缓气候变化的辩论往往集中在化石燃料的燃烧上,但粮食系统的作用越来越受到关注。根据联合国粮食及农业组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations)的数据,饲养动物以获取肉类、鸡蛋和牛奶的温室气体排放量占全球温室气体排放量的14.5%。今天,三分之一的农田被用来生产动物饲料。

向替代蛋白质的转变可以减少碳排放,腾出农田供人类使用或恢复栖息地,实际上,首先可以防止毁林。植物性肉类替代品的口感和质地越来越接近动物蛋白,这些产品在杂货店过道和餐馆菜单上与动物肉竞争。在美国和英国,以植物为基础的牛奶分别占牛奶零售量的15%和8%。

然而,新的前沿是利用组织培养技术培养肉类和海鲜。在寻找一种经济有效的细胞生长方式方面存在着重大的技术挑战,但实验室培养的蛋白质可以在10年内与传统的动物生产在成本上展开竞争。新加坡的Shio肉制品公司已经在尝试用饺子做实验虾。

另一个可能对可持续性产生重大影响的快速发展的创新领域是越来越多地使用生物手段制造材料、化学品和能源。必威体育2018

潜力巨大。世界上高达60%的物质投入已经是生物性的(比如木头或动物饲养作为食物)或非生物性的(比如塑料、水泥和航空燃料),但这些物质可以用生物来生产或替代。

几个世纪以来,发酵法被用来制作面包和酿造啤酒,现在被用来制作人造蜘蛛丝等织物。一家化妆品公司正在销售护肤品,使用的是由基因工程酵母制成的保湿油角鲨烯,而不是从濒危的深海鲨鱼身上加工肝油。皮革是用蘑菇根代替动物皮制成的。

生物技术公司Zymergen正在为用于显示器的光学薄膜、坚硬的防刮涂层和柔性电子电路制造可再生的生物材料。例如,尼龙已经在用基因工程酵母代替石油化工产品制造。

一些公司正在利用基因工程微生物为航空和海洋工业制造生物燃料。一家初创企业正在利用微生物创造一种替代传统水泥的方法,这种水泥在生产过程中产生的碳排放量要少得多。

在挪威,游轮和渡轮公司Hurtigruten正计划通过将渔业和动物饲料业产生的鱼废料加工成液态石油来为其船只提供动力。然而,虽然其中一些创新已经上市,但一个主要挑战是在成本上与传统方式生产的产品展开竞争。

考虑到森林的广泛砍伐,碳捕获也有了新的可能性。重新造林和减少人类土地使用是解决问题的办法,但生物创新也有帮助。

例如,基因工程植物可能比天然植物储存更多二氧化碳的时间更长藻类的二氧化碳固定效率高达陆地植物的50倍。

目前,医疗保健是生物革命中最先进的部分。但下一个前沿是减少人类在自然世界的足迹的创新。前面有许多挑战,但也有巨大的希望。

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