人工デンプンは人類の文明の進歩を促進するでしょうか？

中国科学院天津工業バイオテクノロジー研究所の研究チームは、6年間の研究を経て、実験室で初めてデンプン分子の人工合成を達成した。この結果は9月24日早朝、アメリカの雑誌「サイエンス」にオンラインで発表された。

人工デンプンの合成は、0から1への典型的な独創的なブレークスルーです。この研究成果が成熟した商業生産に入ることができれば、将来の農業分野、特に食品生産に革命的な影響を与え、世界のバイオ製造産業の発展にとって画期的な意義を持つことになります。それは人類の文明の発展のプロセスを加速させる可能性もあります。

（写真提供：Visual China）

人類は原始文明から農耕文明、工業文明へと進化し、現在は工業文明のより高い段階である生態文明へと発展しています。産業文明は人類に十分な食糧と富をもたらしましたが、同時に地球の資源と生態環境に対して過度の要求を課してきました。持続可能な発展を確保しながら、増大し続ける人類のニーズを満たすためには、農業文明や工業文明よりも優れた手段が必要です。

デンプンは日常生活のあらゆるところに存在します。食品の主成分であるだけでなく、重要な工業原料でもあります。料理の調味料、スキンケア化粧品、雑誌の表紙、カプセルの殻、綿糸の織物…あらゆるものにデンプンは使われています。デンプンを原料とする製品は世界に約3万点あります。デンプンを人工的に合成する能力は、食料生産を農業から工業生産へと転換できることを意味します。人工合成デンプンは、火力発電所やセメント工場から分離した高濃度二酸化炭素を原料とし、低密度の太陽エネルギーを高密度の電気・水素エネルギーに変換してエネルギーとして単純な炭化水素を形成し、その後炭化水素からデンプンを生合成します。明らかに、人工デンプンの生産は生態文明への大きな一歩です。効率性が高く、環境への汚染が少なく、エネルギー消費量も少なく、温室効果ガスである二酸化炭素も利用します。

予備的な実験室テストでは、人工的に合成されたデンプンの効率は、伝統的な農業によるデンプン生産の約 8.5 倍であることが示されています。十分なエネルギー供給の条件下で、現在の技術的パラメータによれば、理論的には、1立方メートルのバイオリアクターの年間デンプン生産量は、我が国の5ムーのトウモロコシ畑の年間デンプン生産量に相当します。

おそらく50年後の2071年9月のある日、北京に住む女性が高グルテン小麦粉を注文したいと考えました。人工デンプンを合成する生産工場では、アミロースの割合をアミロペクチンより高く調整するだけで、商品を迅速に生産し納品することができます。その頃には、小麦粉と味も栄養価も似ていて、より安価な人工澱粉を食べることに人々は徐々に慣れてきているかもしれない。同時に、火力発電所、製鉄所、セメント工場などの工業生産から排出される高濃度の二酸化炭素が人々の食糧生産に使用されるようになるため、全国の都市からスモッグが基本的になくなり、夏も暑くなくなるだろう。空はより青く、水はより緑になり、人々の生活や生産方法も変化するでしょう。

一方、デンプンの大規模な人工合成は、人類の食糧問題を解決した後、人類文明の移転や他の文明との統合を促進することにもなるでしょう。人類が地球外文明を探索し、生活空間を拡大するために宇宙に向かうにつれ、人工的に合成されたデンプンは、宇宙探索における人類の食生活のニーズを最大限に満たすことができます。実際、それは人類文明の外向きの発展と、地球外文明とのコミュニケーションと統合の基盤と可能性も提供しています。

おそらくそれから50年後の2071年9月のある日、中国北西部のスペースシャトル発射ステーションは忙しくしていた。中国の神舟501号は宇宙への打ち上げ準備を進めており、探査のため太陽系外の別の惑星ケプラー62eへ飛行する準備が整っている。この惑星は地球と非常によく似ています。この惑星は、ほとんどが海で覆われ、土と岩の表面を持ち、空は曇っていて、気候は暖かくて湿気が多いです。したがって、ここは人類が地球外生命体を探索し接触するのに理想的な場所です。

ケプラー62eまで飛ぶには1年半かかるかもしれない。地上での準備期間中、神舟501号の客室内に1立方メートルの人工澱粉生成装置5台と水生成装置数台が設置された。宇宙飛行士と研究者がケプラー 62e までの旅の間、食料や水が不足しないようにします。これは、人工合成デンプンが普及し、人々の主食となった後、人類の生活を変え、人類文明の発展と変革を促進するための理想的な応用シナリオです。それが達成できるかどうかは長期的な努力が必要になるかもしれません。

人工的に合成されたデンプンは、良いスタートに過ぎません。入力と出力から計算すると、二酸化炭素からデンプン合成までの電気エネルギー利用効率が数倍に増加し、デンプン合成の炭素変換率が数十倍に増加した場合にのみ、農業栽培と競合することができます。これにより、耕作地と淡水資源の90％以上を節約でき、農薬や肥料などによる環境への悪影響を回避することができます。

▲中国科学院天津工業バイオテクノロジー研究所の蔡涛研究員が研究室で人工合成したデンプンのサンプルを披露している（9月16日撮影）。写真提供：新華社記者ジン・リーワン

現在、人工デンプン合成には、炭素数1のメタノールから炭素数3のジヒドロキシアセトン、さらに炭素数6のグルコースリン酸、そして最終的にデンプンへと徐々に変換するために、少なくとも10種類の酵素が必要です。さらに、このプロセスには 11 の生化学反応が関与します。したがって、人工澱粉が小麦、米、トウモロコシなどの農産物よりも低コストで、同じ収量で、栄養価と味に優れた食品になるためには、技術的な改善が必要であり、生産後の製品の加工にさらに多くの労力を費やす必要があります。

人工的に合成されたデンプンやそれに類似する発明は人類の文明の進歩を加速させるかもしれないが、まだ道のりは長い。

参考文献

大躍進！人工的に合成されたデンプンがサイエンス誌に登場、新たな成果に関する5つの疑問、中国科学日報、2021年9月24日

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/9/465769.shtm

文：Zhang Tiankan（コラムニスト） 編集：Ji Jingjing

制作：サイエンス・セントラル・キッチン

制作：北京科学技術ニュース |サイエンスプラスクライアント

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