再比如 ， 虽然火星没有氧气 ， 但是火星上面 96% 的气体都是二氧化碳 。因此二氧化碳制糖的一个最大应用场景 ， 是在外太空探索中用太阳能把二氧化碳转化成、对深空探索有用的化学物质 。
当宇航员进入深太空以后 ， 收集他们呼出来的二氧化碳 ， 即可进行再利用 。由于人类在外太空生存 ， 一是需要能源 ， 二是需要药品 ， 三是需要食品 ， 四是需要肥料 。

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（来源：加州大学伯克利分校）
而以上所有化学品 ， 都能以二氧化碳作为原始材料来制备 。事实上 ， NASA 之所以要求用非生物方法从二氧化碳制糖 ， 是因为当前很多微生物 ， 只要有能源的支持就能进行生物合成来制造燃料、药品和食品 。只不过 ， 微生物的生存需要能量 ， 而能量正是从糖类而来 。
因此 ， 使用微生物做生物制造的前提在于 ， 它们需要糖这种能源的支持 ， 这也是 NASA 要把二氧化碳转化成糖 ， 然后来做生物制造的原因 。

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（来源：加州大学伯克利分校）
杨培东认为 ， 最完美的场景是把外太空的二氧化碳 ， 利用太阳能把它转化成糖 ， 然后喂给细菌并进行生物制造 ， 从而完成外太空的化学需求 。
值得一提的是过去十几年中 ， 杨培东团队开创性的利用半导体-微生物复合体来进行人工光合作用 ， 能直接一步到位把太阳能给到微生物后 ， 通过二氧化碳来做化学品制造 ， 而非先把二氧化碳转成糖 ， 再把糖喂给细菌做生物制造 。
因此此次参赛技术 ， 和杨培东此前的工作可谓十分契合 。要知道 ， 人工光合作用成果也是他的代表成果之一 ， 虽然一个是生物途径 ，一个是非生物途径 ， 但却有着异曲同工之妙 。
巴特勒夫反应：生命起源的反应
其中涉及到一项巴特勒夫反应 ， 杨培东告诉 DeepTech ， 一般来说在该反应中 ， 催化剂是氢氧化钙 ， 它的反应物是甲醛 ， 但是乙醇醛在巴特勒夫反应中的功能目前尚不清楚 。
一百多年来 ， 很多人都说巴特勒夫反应可能是生命起源的反应 ， 因为它是一个从甲醛合成葡萄糖的相当简单的反应 ， 其中还会用到大自然中普遍存在的催化剂 。
杨培东发现 ， 如果在巴特勒夫反应中只用甲醛 ， 基本上看不到反应进程 。但在反应过程中 ， 只要加一点乙醇醛 ， 它就能自动往下走 。也就是说在巴特勒夫反应中 ， 需要甲醛和乙醇醛来作为化学反应前驱体 ， 乙醇醛更可能是一种自催化剂。

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图 | 研究过程（来源：加州大学伯克利分校）
因此 ， 这次团队所发明方法的亮点不在于巴特勒夫化学反应本身 ， 而在于采用电化学方法把二氧化碳还原成甲醇和乙醇醛 ， 然后再让甲醛和乙醇醛通过巴特勒夫反应生成糖 。
受大自然启发的级联路径
该研究还借鉴了大自然启发的级联路径的思路 ， 所谓级联就是一步跟着一步 。
在杨培东团队设计的方案中 ， 先是在第一个反应中采用电化学方式 ， 把二氧化碳还原成甲醛跟乙醇醛 ， 这是第一个级联路径；然后借助巴特勒夫反应 ， 从上一步的二氧化碳电还原到两个中间体 ， 两个中间体再通过巴特勒夫反应把它变成糖 ， 这便是第二个级联路径 。事实上 ， 大自然界当中的很多二氧化碳还原 ， 譬如光合作用 ， 都是级联反应 。

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