2050年，地球年夜将会有98亿人口，个中大约68%的人将会居住在城市里。为了确保环球98亿人都能吃饱喝足、不饿肚子，我们须要将已有的食品产量提高70%。
目前，全天下的农业用地达到了总陆地面积的38%，已经基本处于饱和状态。在未来，景象变革所带来的极度景象将会给食品的生产和供给带来更大的不愿定性。
《星际穿越》里曾描述了这样一个场景——地球景象环境恶化，农作物枯萎病和沙尘暴肆虐，人类被迫回归农业社会，和粮食危急搏斗。如果星际穿越中描述的景象灾害真的来临，除了像科幻片里一样移民太空，我们还有没有别的办法可以渡过难关？
图源：星际穿越
有一种可能——我们可以分开农田和牧场，在实验室里合成粮食。而且，这不须要看老天爷眼色、在实验室里就能创造出美味食品的未来，可能比我们想象中要来得更近。
肉，具备营养和美味双重属性，大自然的神奇创造。
一只土鸡，从破壳而出开始，经由好几个月的成长才达到空想的肉质。要在实验室里复制出这几个月孕育出的生命结晶，使人造鸡肉在营养代价和口感上都和正品足够靠近，绝对不是一件随意马虎的事。
营养身分是相对随意马虎办理的问题。肉的紧张营养代价是蛋白质，以是制作人造肉的第一步一定是提取蛋白质做质料。蛋白质无非有两个来源：植物和动物。用植物蛋白合成的叫植物肉，用动物蛋白做的……等等，可不叫动物肉，叫细胞肉！
至于为什么，我们一下子会细讲。
先说说植物肉。大豆、豌豆、小麦，都是常见的植物蛋白来源。从这些植物中提取出蛋白质，紧张质料就有了。再经由发酵、挤压等一系列加工，加入调味料和色素，仿照出真肉的口感和外不雅观，就算完成。目前我们在海内已经能买到不少植物肉制品。
某爷爷的植物肉炸鸡
图源：Xinhuanet
用植物做肉早就不是什么新奇的观点了。早从梁武帝时期开始，斋菜里就用豆制品做的素鸡来替代鸡肉。不过显然，植物肉看起来和吃起来都比素鸡更像肉，由于采取了更深层的加工办法。
素鸡，它长得确实不咋像肉
图源：sohu
比如，不是直接用大豆，而是单独分离出大豆蛋白，然后把蛋白拉成丝，让它们交织形成网状纤维的样子，来仿照真肉的纹理。为了还原真肉那繁芜而曼妙的口味，更要加入各种赞助调料：用椰子油还原肉的油脂喷鼻香气，小麦还原劲道口感……
豌豆牛排，好逼真的纹理！
图源：novameat
植物肉致力于以假乱真，但实际上能做得多真就比较有争议了。很多人以为植物肉的味道和真肉比较还差得远：要么嚼久了还是有股大豆味，要么便是差那么点肉喷鼻香。
以是商家为了让植物肉变得更好吃，也想破脑袋，可能会加入五花八门的调味剂。这实在导致了一个问题——
不少人吃植物肉是奔着康健去的：和动物肉比较，植物肉该当含有更低的热量和饱和脂肪酸，对心血管康健有好处。但是为了还原肉味加入的添加剂，有可能抵消了这些康健上的上风。比如为了增长油脂喷鼻香气加入的椰子油，就含有80%的饱和脂肪酸。为了味道好，一样平常还会加大量的盐（高血压预警！
）。
醒醒吧，食客
图源：食力foodNEXT
以是，现在的植物肉面临着一个两难田地：如果要追求更靠近动物肉的口感，势必要添加较多的油脂和其他调味品，会带来一些潜在的康健危害，如果要追求更康健的观点，那么势必口感会达不到许多消费者的标准。再加上不便宜的价格，植物肉对人们来说彷佛还是一个“可以但非必要”的选项。
“豆子才不是肉！
植物肉是东施效颦！
”
面对这样的呼声，科学家不禁想：用植物以假乱真不算新奇，我们能不能在实验室做出真正的肉来？
一块肉，从根本上来说，便是动物身上的很多很多个细胞。我们在生物实验课能用一块培养皿养出一片细菌，那科学家能不能用相似的方法造就出组成牛排的细胞？
图源：unSplash
造就动物的细胞当然比用培养皿养细菌要繁芜得多得多得多。要让细胞像在动物体内一样成长繁殖，就要给它供应和体内足够相似的成长条件，包括多种养分、温度、湿度、酸碱度等等。
能让细胞繁殖还只是第一步。光把细胞一股脑堆在一起是做不出一块肉的。一块瘦肉，用生物学的话讲便是一个肌肉组织，是由肌肉细胞以特定的规律排列组成的，它们须要构造。
三种不一样的肌肉组织，肌肉细胞以不同的形式排列
图源：wikipedia
况且牛排里可不是只有瘦肉！
如果你是牛排品鉴里手，你一定知道牛排不同部位的划分很讲究。一块牛排里有瘦有肥还有筋，不同部位的肥瘦比例和分布都不一样。
谁看饿了？
以是，做出一块以假乱真的细胞肉至少要知足这两点：
1 材料：造就出多种细胞，让它们能组成瘦肉、肥肉和筋平分歧组织；
2 构造：把细胞组装成组织，再把不同组织合起来，组装成一块肉。
材料的问题，用干细胞就可以办理。干细胞是生物身体里的“万细胞之源”，能分解成各种不同类型的细胞。
图源：芥子SpeakGreen
从牛身上提取出干细胞后，下一步便是把它们放在一个“支架”上。
这个支架是用可食用的材料，以3D打印技能制作出来的。支架可以给细胞供应构造支撑，勾引它们分解和排列成我们想要的样子。只要改变支架的构造，理论上就可以做出所有你喜好的牛排种类：菲力、西冷、肋眼……更妙的是，你或许还可以自己选择肥瘦肉和筋的比例和位置，实现牛排私人订制自由。
细胞造就肋眼排
图源：Aleph Farms
目前，已经有企业用这样的技能在实验室中成功造就出了一块完全的牛排。除了牛肉，2020 年底美国一家初创企业生产的干细胞鸡块（70%是培养的鸡肉细胞，同时还添加了植物蛋白）已经得到了监管部门的批准，可以在新加坡售卖，这也是环球首个商业化的培养肉产品，但是干细胞肉环球广泛运用还有很长一段路要走。
以是话说回来……既然都是肉，为什么要费这么大劲，从零开始用细胞拼一块出来？
首先，造就细胞肉的效率比养殖动物高太多了。一头牛要养一年多才能出栏，而在实验室里只须要2-8周就可以造就出一块细胞肉。
万般呵护的新生肉肉
图源：荔枝新闻
而且不但是韶光上的效率，还有资源上的效率。牛吃下饲料后，饲料里的能量大概只有10%被存在肉里，其他的都被呼吸、进食、运动等过程花费掉了。造就细胞肉避免了一大部分这种花费，提高了能量的利用率。
细胞造就肉的环境影响也比动物养殖低得多。环球每年的温室气体排放中有14.5%来自畜牧业——这个中占比最大的是饲料生产过程的排放，和……牛打嗝和放屁排出的甲烷。
嗝~
图源：THECONVERSATION
牛作为反刍动物，胃里有多种微生物，帮助它们把吃下的草转化成随意马虎消化接管的营养。这个转化过程就会产生大量甲烷气体。虽然甲烷的排放量看起来没有那么多，但是它作为温室气体，加剧景象变革的威力要比二氧化碳高整整25倍。
除了碳排放，动物的粪便造成的污染也是惊人的。我国的畜牧业每年会产生38亿吨粪便，如果处理不好，粪便里的抗生素、病菌等污染物进入水源、土壤，可能会造成环境污染和康健隐患。
有了细胞造就技能，就意味着我们可以更环保地吃上美味的肉。鱼和熊掌兼得！
比用细胞造就出一块牛排听起来还科幻的，该当只有去年曾成为热点新闻的人工合成淀粉技能了。
去年，中科院天津工业生物所的科研职员首次实现了在实验室用二氧化碳合成淀粉，这听起来就跟用空气变出面包一样离谱。
不过彷佛也没那么离谱？
仔细想想，家门口的小草每天都在通过光合浸染把空气里的二氧化碳转化成碳水化合物。
这么一想，人工合成淀粉的过程实在便是一个大型翻版光合浸染。
光合浸染当中，二氧化碳和水是质料，太阳光是能源，碳水化合物和氧气是产物。
人工合成淀粉技能中，工厂排放的高浓度二氧化碳是质料，从太阳能转化而来的电能和氢能是能源，淀粉是终极产物。利用电能和氢能，首先可以把质料转化成大略的碳氢化合物，比如甲醇。
不过，人工合成淀粉技能的最大难点实在是这之后的步骤：怎么把像甲醇这样的大略碳氢化合物转化成繁芜的淀粉分子。
直链淀粉
甲醇
植物合成淀粉，须要经由60多步的反应和细胞之间的运输。这些反应发生的条件，是要有各种相应的酶来催化它们。
实验室里，科研职员试图探求更加精简的路径，用更少的反应得到淀粉。他们先锁定了几十条可能的路径，然后逐个考试测验。
实践的过程中，用到的各种酶常常会“斗殴”，导致末了得到的产物跟空想中的相差甚远。所以为了让反应的产物完备可控，须要反复的调度和试验。
终极，科研职员把从二氧化碳到淀粉的反应简化到了11步。这意味着我们能以比植物高太多的效率来合成淀粉了——人工合成淀粉的速率是玉米通过光合浸染合成淀粉的8.5倍。种5亩地玉米得到的淀粉年产量，在实验室用1立方米大小的生物反应器就可以得到。
成片的麦田会失落业吗？
图源：istock
未来，当合成淀粉技能充分家当化，工厂的尾气或许就不须要被排放进空气里，而是直接进入淀粉合成装置，化废气为资源——还是极为高产的资源。
不过，我们和这样的未来之间，还有一座叫“本钱”的大山。要让合成淀粉的本钱降到农业栽种的水平，还至少要将电能的利用效率再提高数倍、转化淀粉的速率再提高数十倍。
当然，还有一个我们可能更关心的问题——合成淀粉好不好吃？
筋道面条
来源：iStock
虽然还没人尝过，但合成淀粉尝起来至少不会和天然淀粉千篇一律——由于目前实验室能合成的只有直链淀粉，而天然的淀粉是由直链淀粉和支链淀粉分子共同组成的。由于直链淀粉的性子，用合成淀粉的面条或许会比一样平常的面条来得劲道，但由于缺少支链淀粉，合成淀粉的面条会缺少黏性，煮好后放久了随意马虎糊。
以是在办理技能和本钱问题后，合成食品将面临的都会是类似的问题：植物肉吃着像肉吗？合成淀粉做的兰州拉面好吃吗？细胞拼出来的水煮牛肉，跟吃草养出来的水煮牛肉是一个味儿吗？
不要冲破我心中的水煮肉片神话
图源：iStock
比起打破技能和本钱关卡，这些问题的答案更为主不雅观，也更因人而异。大概细胞牛肉吃起来并不会和养殖牛肉千篇一律，但这可能只是意味着我们须要把细胞牛肉当作一种新的食材，创造出适宜它的新的收拾办法。
在合成食品逐渐遍及的未来，我们将能用比自然更高的效率、以更低的环境代价，做出和自然尽可能相似的食材。完备复制自然可能很难做到，但是正因如此，适应性和创造性极强的人类将会孕育出若何的合成饮食文化，也不失落为一件值得展望的事。★
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· https://www.jiemian.com/article/6350197.html
· https://meatlessfarm.com/us/2021/03/05/how-is-plant-based-meat-made/
· https://www.ifanr.com/1459654
· https://www.theguardian.com/food/2020/jan/10/most-realistic-plant-based-steak-revealed
plant-based steak
· https://www.nippon.com/cn/japan-topics/g01179/
· https://www.jiemian.com/article/6161095.html
· https://gfi.org/science/the-science-of-cultivated-meat/
· https://new.qq.com/rain/a/20210925A05F9V00
· https://www.sohu.com/a/469703825_354973
· https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/9/465769.shtm
· https://www.foodtalks.cn/news/category/plant_based/7820
· https://www.foodnext.net/life/health2/paper/5098648721
· https://www.thermofisher.com/us/en/home/references/gibco-cell-culture-basics/cell-culture-protocols/maintaining-cultured-cells.html
· https://newatlas.com/science/world-first-lab-grown-rib-eye-steak-3d-bioprinting-aleph-farms/
· https://www.shiwuzq.com/portal.php?mod=view&aid=2309
· https://www.fao.org/news/story/en/item/197623/icode/
· https://chinadialogue.net/zh/3/73961/
· http://www.tj.gov.cn/sy/tpxw/202109/t20210926_5611444.html
审核：上海市疾病预防掌握中央副主任医师 营养学博士 汪正园
编辑：rain
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原标题：尾气变面条？抖动吧，未来城市的吃货们
来源：上海科技馆
编辑：Garrett
