众所周知，我们必须将能源经济转型为更绿色、更可持续的状态。这只能通过创新技术的发展来实现。正如信息技术和创新基金会（ITIF）最近的一份报告所清楚指出的，试图通过政府法规、补贴和劝告来强行推动绿色转型是行不通的。经济现实是，清洁能源技术必须达到与高污染能源（P3）的价格/性能水平相等。 然而，大多数气候政策建议忽视了可能是最有希望实现价格/性能平衡的创新源泉：生物学。我们曾经提过，但有必要再次强调：合成生物学的新颖应用具有为气候挑战提供低碳解决方案的巨大潜力。这在生物医学领域被认为是理所当然的，但出于各种原因，在其他领域却没有受到太多关注。 值得回顾的是，所有人类经济的基础是农业。只有农业才能可靠地提供足够的食品剩余产量，以实现专业化，从而实现文明。而农业最终依赖于植物将阳光转化为食物的能力——光合作用。这个过程既不简单也不特别高效，而不同类型的光合作用——C3、C4、Cam——在不同条件下效果更好。但一般认为，就我们所知的光合作用的最大理论效率约为11％。 我们可以改进。光合作用涉及许多个体步骤，正如下图所示，该图摘自伊利诺伊大学香槟分校的Yu Wang及其同事的研究文章。该图中的每个箭头表示一种化学反应，每个反应由一种酶执行，这种酶是由植物DNA编码的蛋白质。借助现代基因编辑和工程方法，每个酶/步骤/箭头都提供了操控和改进的机会。 近年来，研究团队的进展使我们对光合作用的化学过程的理解达到了如此精细的水平，以至于可以操控个体反应以改进它们已经在我们的掌握范围内。研究人员现在可以设计许多不同的方法来微调编码这些酶的DNA序列，使它们更有效地工作，从而提高植物的光合效率，从而提高植物的生产力。 哈佛医学院的Silver Lab正在研究光合作用中最重要的酶（RuBisCO）的许多不同形式，以确定最有效的那些。然后，这些酶可以安装在植物中，使其更具生产力。首席研究员Pam Silver还与哈佛大学的Dan Nocera合作，将增强的RuBisCO酶集成到他的合成平台中，以生产一种人工叶子，该系统可以在硅芯片上进行光合作用，效率（在实验室条件下）高达80％。其他研究团队正在采取不同的方法，取得了类似的令人鼓舞的结果。 但在一个以像这样的杰出创新为特点的领域，也许最有雄心的是马克斯·普朗克研究所的Tobias Erb采取的方法。他的团队一直在研究来自世界各地的微生物和极端生物的种群，以发现光合作用代谢的尽可能多的奇怪和不寻常的变化。Erb和他的团队正在基于对这些化学反应如何详细工作的理解，构建一种结合它们最有效部分的方法，以产生卓越的新型光合作用途径。这种方法的潜力是巨大的。 生物燃料，也称为生物质能源，似乎也具有摆脱化石燃料的巨大和直接潜力。尽管生命周期审计揭示了一个复杂而含糊不清的现实，并对达到或接近P3的一些说法产生了怀疑，但仍然存在明显的潜力。无论当前状态如何，毫无疑问，通过改进光合作用可以提高生物燃料的经济性和实用性。 研究人员还在其他方面改进生物学，以改善植物、微生物和动物。食物浪费也是一个重大问题和一个成熟的机遇。从农场到餐桌之间，食物可以以许多不同的方式丢失，总共浪费了几乎一半的生产量。更好的生产、包装、分销和准备方法都可以减少这些损失，为投资提供了许多丰富的机会。 谢菲尔德大学的Julie Gray正在通过改变叶子上的气孔数量来操控植物代谢，以减少水的消耗。加利福尼亚大学戴维斯分校的Pam Ronald正在努力延长植物在洪水中的存活时间。这些修改可以减少温室气体排放，同时通过减少灌溉的需求以及改善植物应对过多水分的能力来提高水稻（或其他植物）的生产率。底线是生产力和效率的提高，这两者都是迫切需要的。 华盛顿大学的Mary Lidstrom正在使用一种称为好氧甲烷氧化菌的细菌从空气中捕获甲烷——一种温室气体，其效果高达二氧化碳的80倍。奶农正在调整牲畜的饮食以减少甲烷排放，而牛饲养者则选择了拥有消化道寄生微生物的奶牛群，这些微生物产生的甲烷要少得多。这两种方法都可以大幅减少或消除畜牧业的温室气体排放。 过去一个世纪合成化学所产生的合成氮肥料的使用激增，使土壤微生物充斥着前所未有的氮元素。它们对这种不平衡的氮过剩做出生物反应（硝化），产生强大的温室气体（一氧化二氮）。艾伯塔大学的Lisa Stein正在开发抑制剂以减少这些排放。 林业生物技术公司FuturaGene（母公司巴西苏扎诺公司）专注于使用现代基因方法提供可再生种植林木的可持续增强。他们的目标是增加木材在各种用途中的可用性，并提高树木作为碳捕获和封存代理的潜力。一个主要的副作用将通过减轻对原生森林的压力来惠及生物多样性。 USC名誉教授Ken Nealson的"Vesta计划"利用微生物（经过选择和工程处理）来加速硅酸盐-碳酸盐矿物风化的自然地质过程，作为大气中二氧化碳减排的一种方法。这种风化反应的自然速度非常缓慢，但"Vesta计划"正在开发活性微生物催化剂，可以大大增加这种风化的速度。初步工作显示出了主要的速度增强效应，并且该项目现在已经准备好开始筛选和基因工程微生物，以最大化它们加速硅酸盐风化的速率。在与当前供应合作伙伴的规模扩大后，"Vesta"预计每年可移除大约500万吨碳，而矿产储量和矿山尾矿足以在不到十年的时间内扩大到千吉吨级别。他们的方法将包括沿海、陆地（土壤）和淡水矿物增强，以及基于反应器和原位系统。这本身可能会改变游戏规则。 不仅很少有政府制定了支持这些可能性的程度的政策，而且许多政府还制定了明确歧视生物创新的政策和法规。这并不有助于解决问题。最初旨在确保安全的担忧现已被证明是不必要的，现在清楚地表明，基因编辑和改良的作物和牲畜，如果说有什么，更安全，比传统育种的同类产品更安全。此类法规旨在安抚的公众舆论明显已经发生了变化。欧洲联盟及其成员国（现任和前任）已提出修改现有法规以解决这个问题，但普遍认为这些修改是不足够的。但尽管这些法规已经为种子改良技术带来了不应有的负担，但它们已经为全球带来了巨大的好处。人们普遍急切希望解放这些技术，并利用它们具有如此高承诺的好处。 对基础农业研究的投资具有卓越的记录，历史上至少产生了10:1的投资回报率，大多数情况下更接近20:1。尽管如此，政府的支持在几十年来一直在稳步减少。这一趋势表明，出于自身利益，应该明确而立即地扭转。 政府应该采取什么措施来解决这个问题？拜登政府已经迈出了向正确方向迈出的值得称赞的步伐，推出了新的具体计划来加强生物制造。但法规改革将以非常低的成本带来高额利益，应该是优先考虑的事项。上述提到的历史记录也强烈呼吁在各个领域大幅增加对基础生物研究的支持。 太阳能的广泛可获得性和低成本使生物技术在达到价格/性能平衡的道路上具有巨大优势。这就是前进的方式。 Val Giddings获得了夏威夷大学遗传学和进化生物学的博士学位。Val还是PrometheusAB，Inc的总裁/首席执行官，以及信息技术和创新基金会的高级研究员。您可以在X上关注Val @prometheusgreen

《智库资源动态快报》2023年第8期

编译者:肖曼