什么时候生物可以发展到可以通过牛饲料制造牛肉和牛乳？
让我们想象一下，什么样的生物能做到这一点？
目前，我们所知的自然界生物，牛之所以能生产牛肉和牛乳，是因为它们拥有复杂的消化系统和特殊的生理机制。它们通过摄入植物（饲料），利用肠道内的微生物，将植物的有机物分解、吸收，并转化为自身的组织（牛肉）和分泌物（牛乳）。这个过程是经过亿万年自然选择演化而来的。
要让一种“生物”直接从牛饲料“制造”出牛肉和牛乳，这意味着我们需要创造出一种高度定制化的、具有特定生物合成能力的生物体。这不可能是我们今天熟悉的动物，而是更接近于一种生物工程的产物。
设想一种可能的“生物”：一个基因工程改造的“迷你工厂”
我们可以设想，这种“生物”并非一个完整的、会动的“动物”，而更像是一个高度优化的、细胞培养出来的“活体生物反应器”。它的核心是经过精心设计和改造的细胞，这些细胞被赋予了前所未有的能力。
1. 细胞基础：
源头： 我们可以从牛的肌细胞（负责形成肌肉，即牛肉）和乳腺细胞（负责生产牛乳）入手。
基因改造：
牛肉制造： 这些肌细胞需要被改造，使其能够在体外（或者在一个受控的生物反应器环境中）高效地增殖，并且在获得特定信号后，能够按照牛肉的组成进行分化和成熟。它们需要能够合成肌肉纤维、脂肪细胞，并精确控制蛋白质（如肌球蛋白、肌动蛋白）和脂肪的比例。
牛乳制造： 乳腺细胞需要被改造，使其能够识别并吸收饲料中的关键营养成分，然后将其转化为牛乳的组成部分，如酪蛋白、乳清蛋白、乳糖、脂肪球以及维生素和矿物质。更进一步，它们需要模拟哺乳动物乳腺的泌乳机制，将合成的乳汁定向分泌出来。
能量来源与合成路径： 核心问题在于如何将“牛饲料”转化为这些细胞直接可用的能量和原材料。
消化与吸收： 传统的牛需要一个巨大的消化系统来分解植物纤维。而我们设想的生物体，可能不需要复杂的消化道。它的细胞外可能存在能够分解饲料的酶，或者直接通过特殊的膜转运系统，将饲料中的碳水化合物、蛋白质、脂肪、维生素和矿物质直接摄取并用于自身的合成代谢。
代谢重编程： 它们的代谢路径会被彻底重写。例如，一些在自然界中需要通过肠道微生物发酵才能产生的营养素，在这些生物体内可以直接通过基因工程的酶来合成。
2. 生长与生产环境：
生物反应器： 这种“生物”不太可能自由生长。最可行的方式是在一个高度受控的生物反应器中进行培养。这个反应器就像一个模拟的“身体”，为这些细胞提供最适宜的生长条件：
营养供给： 精确控制饲料的组成和供给量，确保细胞能够获得所需的能量和合成前体。
环境控制： 温度、pH值、氧气浓度、二氧化碳浓度、湿度等都需要精确维持。
信号调控： 引入特定的生长因子、激素或其他信号分子，指示细胞何时增殖、何时分化、何时开始生产牛肉组织或乳汁。
“饲料”的再定义： 这里的“牛饲料”可能需要经过预处理，使其更易于被基因工程细胞直接利用。例如，将粗纤维分解成更小的糖类，将复杂的蛋白质分解成氨基酸，将脂肪分解成脂肪酸。这本身可能就需要一些生物技术（如酶解、发酵）来辅助。
3. 发展到什么程度？
要达到“可以直接通过牛饲料制造牛肉和牛乳”的程度，关键在于“直接”二字。
如果“直接”意味着完全自主、无需外部干预的体内过程： 那么这种“生物”就必须是一个具有高度自主性的、经过基因工程改造的“人造生命体”，它能够像自然界中的牛一样，将植物转化为动物组织和分泌物。这在理论上非常复杂，需要克服无数的生理和代谢障碍，涉及到复杂的能量代谢、物质合成、信号调控以及自我维持能力。这可能需要我们对生物学的理解达到一个全新的高度，甚至创造出全新的生命形式。
如果“直接”意味着在生物反应器中，以饲料为主要原料，高效生产： 这更接近于我们目前正在探索的细胞培养肉和牛奶的路径，只是将“细胞”本身进行了更深度的改造，使其能够更高效、更全面地利用“饲料”作为原料。
发展时间线推测（非常推测）：
细胞培养肉和牛乳的初步实现： 这项技术已经在实验室中取得进展，但距离大规模商业化还有距离。
饲料优化和预处理技术： 能够将普通饲料转化为更适合细胞利用的形式，这部分技术可能相对较快成熟。
基因工程细胞的“生产能力”提升： 让细胞能够高效地、精确地合成牛肉和牛乳的特定成分，并且能够持续稳定地进行生产，这需要长期的研究和优化。
“生物体”的整合与控制： 让这些改造后的细胞能够以一种集成的、可控的方式进行生长和生产，这涉及到组织工程、生物反应器设计以及复杂的调控系统。
真正意义上的“直接”制造： 如果是指一种类似于自然生命体的循环，那可能还需要极其漫长的时间，甚至是不确定的未来。这涉及到我们对生命本质的理解和创造能力。
总结来说，这种“生物”的出现，更像是一种集成了最先进的合成生物学、基因工程、细胞生物学和生物工程技术的“活体生物反应器”。它不是我们今天认知中的“生物”形态，而是一种高度工程化的、为食品生产而设计的系统。
什么时候能实现？
初步的“间接”实现（例如，通过预处理饲料，再喂养基因工程细胞）： 这可能在未来几十年内成为现实，随着细胞培养技术的成熟和饲料转化技术的进步。
高度“直接”的实现（例如，将饲料直接注入一个受控的生物反应器，让改造过的细胞直接转化）： 这个阶段的技术门槛非常高，需要对生物体的代谢和合成能力进行革命性的改造。可能需要一个世纪甚至更长的时间，并且其形态和功能可能与我们今天想象的“生物”完全不同。
这是一个充满想象力的话题，它描绘了未来食品生产的另一种可能性，而实现这一切的关键在于我们对生命物质转化机制的深入理解和改造能力。
网友意见
如果你希望“在不养牛的情况下，工业化生产真正的牛肉”，从牛体内抽取干细胞、培养为肌肉组织的细胞培养肉技术已经存在，只是产品目前还比较贵，在你没有特殊爱好的情况下不如去养牛。一家俄罗斯培养肉公司估计，2023年细胞培养牛肉的造价可以降到每千克100美元；一家尼德兰培养肉公司估计，2021年之内可以搞出售价10美元的细胞培养肉饼。
- 通常，细胞培养肉消耗的能源比养牛少35%到60%，占用的土地面积少98%左右，温室气体排放少80%到95%。
- 细胞培养所需的培养基或培养液含有的氨基酸·糖·盐·微量元素等通常不是“用草直接变换而成”，但其成分可以用无机物、生物反应器培养的色藻或蓝菌、垃圾处理过程生产，以至于比“将土地拿来种草去供应原料”还节约。
- 不限制为牛肉的话，2011年的一项研究认为，细胞培养肉消耗的能源比各种家畜总体而言少7%到45％，占用的土地面积少99%，温室气体排放少78%到96％，消耗的淡水减少82%到96％[1]。
美国 Eat Just 公司生产的细胞培养鸡肉（70%为在生物反应器内培养的鸡肌肉细胞，其余成分是绿豆蛋白等植物产品）于2020年12月在新加坡开始商业销售。该公司还生产用大豆、豌豆等东西制成的“具有鸡蛋或蛋黄酱的形态与口味”的食物。
图为新加坡餐厅“1880”推出的细胞培养鸡肉套餐，售价23美元：
欧美已经有一些美食家提出“细胞培养肉里没有血和骨头，风味可能与养殖动物肉不同，让消费者不满”。不过，如果真有人需要，“培养血细胞和骨骼然后装到细胞培养肉里”是完全可以的。
如果你不要求“造出的肉的具体细胞结构与牛肉一样”，“将草变换成蛋白质”的技术早就存在。
目前的工厂化农业一般使用生物反应器培养丝状蓝菌、色藻、单细胞真菌之类，产物经过深加工做成单细胞蛋白或保健品。人的消化系统和代谢不适合直接食用上述生物。用这些东西生产的蛋白质制造“人造肉”给人吃的实践已经缓慢地开展。
“植物奶”可以追溯到千年前的油莎浆、数百年前的豆浆之类，在过去几十年间随环保运动和健康热潮而改头换面，开始标榜低碳、节水，但在营养价值上达到牛奶水准需要的浓缩与调配较多（通常需要添加钙、维生素A、维生素D）。
由于大部分当代消费者对“天然”的偏好，目前更普遍的用法是“将单细胞蛋白作为饲料添加剂”来饲养家畜。
现存的单细胞蛋白产业使用的生产原料，你可以看一看：
“纤维质废草、废料、垫草等废物、蔗渣”，能直接拿去喂畜禽的高品质草不舍得用的了。
这在大规模上只是将种草→养牛羊变成了种草→养微生物，能量效率并不高——尤其是“种甘蔗和甜菜然后用已经成熟的工业流程去制糖”比“整一堆纤维素再让真菌去分解出葡萄糖”来得容易，蔗渣和亚硫酸法制糖的废液都在上面的原料表格里。目前这技术主要用在工农业排放的含营养物质的废弃物上。微生物用糖蜜、纸浆废液、木材糖化液、烃类等廉价原料都能大量制造蛋白质。
- 微生物的蛋白质产量是动植物无法比拟的，1份真菌1天内就可以变成5份，蛋白质含量40%~80%，其氨基酸组成无需转基因就和动物蛋白相当。
如果你希望微生物生产动植物蛋白，人们已经完成了让转基因大肠杆菌·转基因酵母菌发酵合成大豆蛋白·鸡肉蛋白的实验，生产牛肉与牛奶所含的各种蛋白不成问题，但这是许多人谈之色变的转基因食品。
- 如果机器加工程度很深，现在的单细胞蛋白饲料就可以做成人类食物。但这些东西没必要直接给人吃，以3%到10%的比例添加到饲料里喂给畜禽就可以改善生产，规模化养殖可以高效地管理，单位重量的碳排放也低于个人养殖。
参考
- ^ https://doi.org/10.1021%2Fes200130u
通过牛饲料制造牛肉和牛乳？十分简单啊，拿牛饲料养牛不就完事了。
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