这看起来像一张漏油的航拍照片：液滴汇聚、渗漏，淹没了破败不堪的景象。我几乎以为会放大看到受污染的海豹幼崽或拖着沾满油污羽毛的水鸟。但这个场景却是微观的。“景观”是由大肠杆菌构成的。而且，这里正在发生的事情恰恰与表面看起来的相反。这些小小的细菌并非在燃料中溺亡。它们正在制造燃料。
我正看着加州埃默里维尔Amyris生物技术公司的电脑屏幕，该公司联合创始人之一、生物学家Jack Newman正在为我做导览。我面前基因改造的大肠杆菌是高度定制化的工业生产单元，Amyris正利用它们将糖转化为新型的汽油、航空燃料和柴油——换句话说，就是这个世界目前赖以运行的燃料。Amyris是少数几家年轻的生物燃料公司之一，它们以一种聪明而古怪的方式扭转了绿色未来的方向。它押注的是，在细菌的帮助下，我们解决汽油问题的长远答案将是……汽油。
因为目前来看，石油的主要替代品乙醇（一种酒精）充满了问题。它无法通过现有基础设施输送，因为它会腐蚀管道。根据明尼苏达大学经济学家Jason Hill的说法，即使将美国种植的所有玉米都转化为乙醇，也只能替代我们每年使用的1460亿加仑汽油中的约12%。纤维素乙醇——一种从植物茎秆中的纤维素物质而不是种子中生产的燃料——可以解决这个问题，但大规模生产的技术还有待时日。此外，乙醇的能量密度远不如石油基燃料。
这就是为什么越来越多的科学家开始关注微生物世界，以寻找生产传统汽油的新的、环保的方法。如果微生物能够被改造，将甘蔗等物质转化为碳氢化合物燃料——并且每一种新的甘蔗作物都能吸收燃烧由前一茬作物制造的燃料所排放的大部分二氧化碳——那么你就能得到一种无油、近乎碳中性的汽油。这听起来可能有些异想天开，但证据就在这张图片中；碳氢化合物的油状团块围绕着细胞聚集，形成了一个类似于熔岩灯屏保的图案。“所以，这就是你拯救世界的方式？”我问Newman。“是‘帮助’拯救世界，”他纠正道。
激进，但实用
Newman的回答很有说服力。他和他的同事们明白，没有任何一种技术能够解决我们的能源困境。而加入从事乙醇研究的科学家队伍，用他们导师、加州大学伯克利分校化学工程学教授Jay Keasling的话来说，“就像给圆周率增加了一个数字”。相反，Amyris正通过一个不同的方向来解决我们对石油的依赖：利用合成生物学——一种新兴的基因工程形式，其中微生物被植入来自不同生物的基因——将植物物质中的葡萄糖转化为碳氢化合物燃料。
这个项目基于一个务实的认识：汽油在短期内不会消失。而且在很多方面，碳氢化合物的工作效果非常好。它们易于通过管道输送至加油站。它们富含能量。而且今天的汽油发动机是经过数十年工程和创新精心调校的强大机器。既然不必放弃，又何必放弃呢？
问题在于，虽然自然界擅长通过发酵将糖转化为乙醇，但它并不擅长将糖转化为碳氢化合物。但正如Keasling所说，“我们不必依赖大自然赐予我们的东西。”他认为我们可以创造出更好的东西。因此，Amyris改造了自然，使其能够进行一种有“转折”的发酵。通过向细菌添加引起微生物产生不同酶的基因，Amyris建立了一条路径，能够执行一系列化学转化，将糖转化为碳氢化合物。它们将一种常见的微生物变成了一个微型加油泵。
Amyris已经进行了实验性的尝试。但将这些实验规模化，以部分替代美国每天进口的2000万桶石油，则是另一回事。
酿酒厂
Amyris是一家明显乐观的公司。在十一月下旬的一个下午，在基因测序仪、微阵列、显微镜、烧瓶、移液管和嗡嗡作响的冰箱之间，摆放着一排排装饰着笑脸的迷你南瓜。实验服上绣着“大豆”和“野生型”等昵称。Newman指出，Amyris几乎就像一个大学实验室，但又不完全是——“每个人都太高兴了。”
正如一家初创公司所期望的那样，其全部净值几乎都基于其知识产权，Amyris的团队不会详细透露他们的技术操作。他们也不会说他们具体在制造什么分子。事实上，在我访问的那天，他们表现得相当神秘。当Newman和我穿过一个实验室房间，里面有用于确定化学结构的核磁共振仪，我提到我曾经在一个化学实验室工作过，他显得有些紧张，并迅速把我带到下一个房间。
但我们了解到这一点：使用一种叫做电穿孔仪的设备，通过短暂的电流在细胞壁上打出临时孔，可以将任何数量生物的基因添加到细胞中。创造出具有正确基因的细菌，它们就会产生从药品到食品添加剂再到燃料的各种化学前体。因此，为了将这些细菌变成微型燃料工厂，Amyris将基因添加到大肠杆菌和其他微生物中，使它们在消化甘蔗等生物质中的葡萄糖后分泌碳氢化合物。
当然，这说起来容易做起来难。在Amyris实验室，我看到几十名年轻的科学家在“审问”微生物——测试改造后的生物体，看看它们将糖转化为燃料的效率如何，然后对它们进行进一步的微调。Newman说，他们的“规矩”是“想一种虫子，造一种虫子，然后测试很多虫子。”
测试和微调主要通过对微生物进行计算机分析来完成。当我站在一位名叫Lance Kizer的生物学家身后，他指着屏幕，向我展示每只虫子中的哪些基因被激活，以及激活的程度。每个基因的活动在屏幕上显示为上升和下降的曲线。“这是‘去瓶颈’工作的一个重要组成部分，”Newman说。要高效地生产燃料，你需要一种能够积极地将糖转化为你想要的化学物质的微生物，但同时又不会产生可能积累并杀死细胞的有害副产物和毒素。Kizer的分析有助于确定哪些基因改造可以将Amyris推向其理想微生物。
接下来，我们进入一个宽敞的房间，一群科学家正在处理装着改造后的微生物和糖的烧瓶。他们搅拌内容物，然后等待油腻的燃料滴浮到表面。Amyris的研究人员每天都要进行数百次这样的实验。
最后，我们到达了“酿酒厂”，这是一个有裸露铜管、几个钢制发酵罐和一个巨大罐子的房间。“一旦你有了可行的东西，就来这里，”他说。这是他们处理过程中最棘手的部分——评估微生物在更大规模上的功能。让微生物足够健壮，能够经受住作为燃料制造微生物的严酷生活，这是关键。在工业规模上，微生物会承受巨大的压力和高温，因为许多产热的细菌被紧密地聚集在一起。“当你为高成本的药品培养微生物时，你可以‘娇生惯养’它们，”另一位联合创始人Kinkead Reiling说。“对于燃料来说，这很艰难。这是一个老式的发酵罐。你甚至都不想清洗它，因为它会增加成本。这是另一个世界。”
从制药到燃料
Amyris成立于2001年，当时Newman、Renninger和Reiling都是Keasling在伯克利实验室的博士后。那时，Newman正在实验室研究生物传感器，这种装置可以检测特定分子的存在。Renninger，他也曾师从Keasling攻读博士学位，专注于生物修复——利用微生物清理环境。晚上，Renninger、Newman和Reiling会去Keasling家集思广益创业点子。（另一位名叫Vince Martin的博士后也经常出现，Renninger称他为“第五位披头士”。）“我们会每人带一瓶酒，点一些糟糕的比萨或中餐，然后喝一大堆，”Renninger说。经过一个晚上，“这些会议的效率越来越高，然后戛然而止。”
起初，他们考虑使用藻类制造生物柴油。但很快，他们的注意力转移到了Keasling实验室正在进行的一个项目——利用合成生物学制造一种更便宜的抗疟疾药物青蒿素。“这项技术当时非常火爆，”Newman回忆道。“它的进展之顺利超出了我们最疯狂的想象。”尽管如此，他们还不确定如何扩大生产规模或将药物推向市场。“于是我们就想到了盖茨基金会的巨额资助，”他说。
这个计划奏效了。2003年，加州大学伯克利分校与Amyris以及一家名为“全球健康研究所”的非营利组织联合提交了一份提案。一年后，比尔及梅琳达·盖茨基金会向该联盟提供了4260万美元的拨款，用于青蒿素的研究。Amyris同意以非营利的方式开发这项技术。“在最初的一年半里，我们埋头苦干，思考如何‘兑现’青蒿素，”Newman说。（Amyris预计将于今年将其青蒿素生产技术交付给一家制药公司。）
在青蒿素项目进展顺利的同时，团队开始考虑第二项计划——这次，他们想要一个赚钱的项目。Amyris的核心技术可以用于制造数千种不同的分子，包括廉价维生素、香料和香精。有一段时间，他们考虑制造廉价的草莓调味剂，但这个想法并没有引起真正的兴趣。
这时，他们又回到了生物燃料。这时距离电影《难以忽视的真相》上映还有几个月。风险投资家们对生物燃料产生了新的兴趣。于是Amyris团队坐在办公室里，拿出废纸，开始绘制化学结构图。目标是构想出“完美燃料”的分子——稳定、不易冻结，并且每个分子都蕴含足够的能量，能够制造出成本效益高的燃料。其中一些分子的形状碰巧与青蒿素有些相似。有了候选结构后，他们开始测试并进一步改造虫子以制造新分子。突然之间，Amyris就进入了能源行业。
做一个赌徒有帮助
也许比团队中的任何成员都更能体现环保主义者和资本家在此类项目中的融合——这是一个理想主义、高风险且可能非常有利可图的项目。他在麻省理工学院攻读本科时，学习了内燃机和空气污染控制。他研究了生物修复，并梦想着有一天能创办一家能源公司。但在此期间，他通过玩二十一点来维持生计。
1994年，Renninger加入了臭名昭著的麻省理工学院二十一点团队，该团队在20世纪90年代通过记牌和统计分析从拉斯维加斯赢走了数百万美元。他被一位兄弟会成员招募，开始在周末飞往拉斯维加斯，有时会乔装打扮，直到深夜赌博。有些周末，Renninger为团队带来了超过10万美元的收入。
Newman喜欢拿Renninger过去的“纸牌赌徒”生涯开玩笑。“问问他被扔进过多少个垃圾箱，”Newman在旧金山一家名为Rubicon的餐厅吃饭时说道。“我没有被扔进任何垃圾箱，”Renninger说。“我被带到后屋过几次。但我的想法是，如果他们打断我的腿，我就起诉他们，那比玩二十一点能赚到更多的钱。”
我问他是否认为自己赌博的天赋与Amyris相关。Newman插话道：“我加入这个团队就是因为这个。我当时想，‘好吧，至少有人懂点钱。’ ”Renninger笑了。“这是经过计算的冒险，对吧？它肯定让你对风险更加适应。”他说，拉斯维加斯有很多东西可以教给科学家。“当你被击倒后，你仍然知道自己在正确的轨道上，并重新振作起来的概念。我曾输掉过许多1万美元的赌注，但之后又下了1.5万或2万美元的赌注。这种驱动力在科学界很常见。因为有时候事情就是不成功。”
与“基因之王”赛跑
利用合成生物学生产燃料的公司数量仍然相对较少，但竞争正在日益激烈。石油巨头BP与杜邦公司合作，已开始利用基因工程微生物小规模生产丁醇（一种酒精）。
J. Craig Venter，这位特立独行的生物学家，在1998年宣布他打算用私人资金测序人类基因组，也加入了这场竞争。2005年，Venter和诺贝尔奖得主、微生物学家Hamilton Smith共同创立了Synthetic Genomics公司，该公司致力于创造能够将植物物质转化为生物燃料的生物体。Venter喜欢说他正从“基因之王”变成“石油之王”。
他对燃料的设想与他创造合成生命的追求相符。（一月份，他宣布他已成功生产出世界上第一个合成染色体，一旦植入细胞，就能产生世界上第一个合成生命形式。）在Venter看来，从零开始构建新的燃料生产生物体，比基因改造现有微生物要好。
然而，他计划在实际使用之前先创造一个所谓的“最小”生物体，这可能会减缓他在燃料方面的进展。“即使他说他创造了一个合成生物体，它也要很多年才能可用，”Keasling指出。“我们正在创造的微生物现在就可以使用。”（Venter反驳说，他也在研究一种使用现有微生物的改良版本的航空燃料。）
改造现有微生物也是LS9公司的策略，这是一家位于加州圣卡洛斯的小型初创公司。LS9成立于2005年，与Amyris一样，它正在重新调整细菌以生产生物柴油和其他燃料（但使用的是不同的化学途径）。此外，它还在开发一种粗制产品，在可使用前需要送往炼油厂。LS9的研发副总裁Stephen del Cardayré表示，该公司“正在积极扩大”其柴油产品的生产规模，并正在其新的实验室空间建造一个中试工厂，以测试今年的更大规模生产。
中试工厂将是所有这些公司的重大考验。“所有生物燃料的问题都取决于规模，”Venter告诉我。“我们需要生产的规模是巨大的。而且这将是一个同样具有工程挑战性的生物学挑战。”例如，在工业规模上操作时，如何将燃料与制造它的微生物分开？如何防止微生物因生产的燃料而“溺亡”？
一个更大的规模问题：几个小型生物燃料公司如何能够取代美国每年燃烧的数十亿加仑汽油？LS9的Cardayré直言不讳：“在这个领域工作的每家公司都可能超出他们最疯狂的野心，但埃克森美孚公司却毫不知情。”
下一步
无论埃克森美孚是否注意到，今年Amyris将开始建设一个能够生产工业规模燃料的中试工厂。它正在与一家巴西糖供应商进行“高级谈判”，这将使其获得大量低成本甘蔗，并与Costco等公司进行早期谈判，商讨可能的销售合作。Renninger说，计划是在未来两到三年内创建“从糖到消费者的完整产业链”——首先是生物柴油，然后是航空燃料，最后是汽油。（生物柴油为何率先上市是Amyris的另一个商业机密。）
在创始人中，Reiling与首席执行官John Melo一起，是花在业务细节上时间最多的人。
“我喜欢说我是现实主义者，”Reiling说。当被问及详细问题时，他也容易分心。当我追问他公司在中试工厂计划进行哪些测试以及工厂的选址时，他转过身，略带一丝嘲讽的笑容，问我是否想听一张名为“Desolate Messiah”的CD，这是一个德国重金属乐队的名字，恰好也叫Amyris。“你对80年代的摇滚乐队有什么看法？”他接着说，然后把CD插进电脑。接下来是一首忧伤而矫情的歌曲，听起来就像被Motley Crüe淘汰的歌曲，而且据我所知，这首歌与中试工厂毫无关系。
在我离开之前，他给我看了他办公室里的一幅画。画的是一个小孩从一个悬崖跳到另一个悬崖，中间是一道鸿沟。孩子伸着手臂。头向前探着。“他甚至没有看边缘。他看着边缘之外，”Reiling说。“他百分之百地投入到这次跳跃中。这就是你在追求某件事时必须做到的。”
Amanda Schaffer是《Slate》杂志的专栏作家，也是《纽约时报》科学版的常客。
