光合作用也有逆运算
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在中学生物课上，丹麦学生克劳斯·菲尔拜学习了光合作用。他突发奇想，既然能量守恒、物体三种状态都可以相互转化，那么光合作用一定也是可逆的。当他把自己的想法告诉老师和同学们时，遭到了大家的嘲笑。但克劳斯没有因为别人的不认可而放弃自己的想法，他开始着手研究各种植物的叶子。显微镜、解剖剪、镊子、酒精灯、锥形瓶、各类生物学书籍……成了他最密切的伙伴。
随着对植物叶绿体和光合作用机理的深入研究，克劳斯·菲尔拜打开了一扇神奇的门，走进了绿叶的微观世界。他发现自然界真的比人类智能得多。比如长有绿色叶子的植物能够捕获太阳的能量，并将其转化为有用的化学燃料，这一过程远比人类发明的光电太阳能电池板要高明、高效得多。
尽管光合作用在各种教科书中都有详尽的阐述，但是想人工实现这一过程却绝非易事，主要问题在于缺少有效电解水的媒介。绿叶植物能实现这一化学反应，是因为它有伟大的媒介——叶绿体。
目前，许多科学家在尝试人造光合作用，但成果并不乐观，因为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，但第三个难题至今无解。
成为哥本哈根大学教授的克劳斯·菲尔拜一直没有放弃这项研究。经过多年的探索，他更深入地了解到光合作用的神奇之处，发现了逆向光合作用的真实存在，只是苦于一直找不到分解生物量、创造化学物质和能量的催化剂。
光解反应对催化剂要求极为苛刻，在经过无数次试验后，2016年4月，克劳斯发现一种叫做单氧酶的天然酶，能促使太阳能分解植物生物量，产生化学物质和能量。经过反复验证后，他成功实现了植物中的酶利用大气中的氧气和阳光分解和转化碳键，这个过程和一般光合作用中产生可以促进生长的能量和释放氧气的过程正好相反——这正是光合作用的逆向反应!克劳斯·菲尔拜在中学时曾被大家嘲笑异想天开的怪想法，竟在眼皮底下真实地发生着!
根据克劳斯·菲尔拜研究团队成员艾丽莎·纳瓦罗的介绍，这个过程在阳光下只需要5到10分钟。如果没有阳光，则需要24小时才能完成同样的能量转换。也就是说，利用太阳能可以直接分解植物，并转化成人类生存所需的能源。这项发现，对生物燃料、塑料和其他工业产品的制造方式都产生了重大影响。通过逆向光合作用，工厂可以加快生产速度，同时降低污染排放——如果我们想继续生活在科技不断发展的地球上，做到这一点意味着人类将开创新纪元，对环境保护、科技发展都将是巨大的贡献。
虽然这项发明让我们对环境保护和科技进步重拾信心，但是研究者们仍然要投入大量工作，才能让它服务于我们的日常生活。如果今后地球不再有环境问题，能源问题不再威胁人类的生存，或许你会想起那个中学时代异想天开，并且一辈子都在坚持研究光合作用的老教授吧! (安彦箐)