牛年话牛｜“协助”科学家人工合成胰岛素，打嗝加剧温室效应

2021年是中国农历牛年。牛与中国的关系源远流长，古代思想家老子至今流传最广的形象，就是骑着一头大青牛。中国东北还是人类最早驯化牛类动物的地区之一，对牛的驯化起于一万年前。

牛在传统文化中代表着勤劳、诚实和奉献的精神。人们常说，牛吃的是草，挤的是奶。除了提供肉食之外，牛也作为劳动力为农耕文明作出重要贡献。

步入近代，牛成为科学家的宠儿，不仅“协助”科学家合成胰岛素，更为人造肉的研究开发提供便利。

首次人工全合成牛胰岛素

1965年9月，中国科学院生物化学研究所、北京大学、中国科学院有机化学研究所协作，完成了人工全合成结晶牛胰岛素。

人工全合成结晶牛胰岛素，是世界上第一次人工合成与天然胰岛素分子相同化学结构并具有完整生物活性的蛋白质，标志着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途中迈出了关键性的一步。

胰岛素能够促进人体组织对葡萄糖的摄取与利用，并抑制糖原的分解和异生。胰岛素不足，会引发糖尿病发生，而胰岛素过多，则会引起代谢障碍。

胰岛素是当时唯一阐明化学结构的蛋白质。1955年英国化学家桑格完成了胰岛素的全部测序工作，并因此获得1958年诺贝尔化学奖。然而国际权威学术刊物《自然》却发表评论文章断言：“合成胰岛素将是遥远的事情。”

人工合成胰岛素项目在1958年底被列入1959年国家科研计划，参加的科研人员来自中科院生化所和有机所，以及北京大学、复旦大学等单位。自1958年12月正式立项至1965年9月科学家观察到胰岛素结晶，历时近7年。人工全合成结晶牛胰岛素这一原创性工作被誉为“前沿研究的典范”，曾获1982年国家自然科学一等奖。

人造牛肉成风潮

出于对牛肉的喜爱和健康生活的追求，人类正在孜孜不倦地尝试人工合成牛肉。

2019年4月，连锁快餐企业汉堡王在美国密苏里州圣路易斯及其周边地区的59家商店推出了一款不含肉的人造肉汉堡。汉堡王宣称，人造肉汉堡的味道与传统牛肉饼相同，唯一的区别是它不含牛肉。

与传统的素食汉堡不同，人造肉汉堡旨在模仿烹饪时肉的外观和质地。Impossible Foods公司从大豆根中培育出血红素，将其制成馅饼，用以模仿肉饼的质地。据福克斯新闻报道，咀嚼这款人造肉汉堡所发出的声音十分令人信服。据悉，这款人造肉汉堡的卡路里含量略低于原始的牛肉皇堡，胆固醇含量低，反式脂肪含量为零。

2019年5月，另一家人造肉公司Beyond Meat在美国纳斯达克上市，首日便暴涨163%，创造了21世纪以来美国公司IPO首日的最佳表现，被称为“人造肉第一股”。 2020年4月，Beyond Meat与星巴克中国合作，推出植物牛肉产品。

当前，全球范围内主要有两种不同类型的人造肉。一种是像Beyond Meat和Impossible Foods那样的植物性素肉，用豌豆蛋白、大豆、小麦、马铃薯和植物油来还原动物肉的质地和口感；后者则是像Aleph Farms那样从动物身上提取肌肉组织，然后放入生物反应器进行培育，该种方式尚处于实验环节。

2018年12月，以色列生物科技初创公司Aleph Farms宣布推出由3D培养技术培育的首例可食用人造牛排。次年10月，Aleph Farms又宣布在国际空间站运用3D生物打印机成功培育首块太空人造肉。他们将牛细胞送上国际空间站，在微重力环境下通过3D生物打印机将牛细胞培育成类似于传统肉类的小型肌肉组织。

牛打嗝与温室效应

与真实牛肉相比，人造肉往往被视为一种更健康的饮食方式。很少有人想到，吃牛肉与地球温室效应也有关系。

牛是非常典型的反刍动物，有一颗区别于其他常见家畜的瘤胃，这里也是产生甲烷的主要部位。当牛群打嗝时，甲烷气体会释放到体外，这是除二氧化碳之外的第二大容易引发“温室效应”的气体。每头奶牛每天可产生最高达380升的甲烷。

据美国环境保护机构的调查，每年全球反刍动物产生约8000万吨的甲烷排放量，约占每年人造甲烷排放量的28%。在新西兰，因为绵羊和奶牛打嗝产生的甲烷占引发该国温室效应气体总量的43％。

联合国粮农组织发布的《牲畜的巨大阴影：环境问题与选择》报告显示，由于人类对肉类和奶类的需求不断上升，牲畜饲养业快速发展，因此产生的温室气体比汽车还要多。报告称，人类活动(包括饲养牲畜)产生的甲烷(俗称沼气)，有37%来自反刍牲畜的消化道，而甲烷的温室效应是二氧化碳的23倍。

畜牧业已经注意到牛群带来的甲烷排放问题，通常的解决思路是在牲畜的食物中加入添加剂，抑制它们排气。

近期，英国一家科技公司提出一种新的办法——“牛用减排口罩”。他们研制的口罩能够收集牛打嗝产生的甲烷，进而减少碳排放。口罩可以在牛呼吸和打嗝排出的气体中捕捉甲烷，通过催化剂使甲烷发生氧化反应，进而转化为二氧化碳和水，最终实现减少甲烷排放的目的。据称，这款口罩可以减少 60% 的甲烷排放量。