20世纪20年代初，在巴黎郊外塞纳河左岸，一片夹在巴黎天文台和卡莱公园广阔场地之间的小片土地上，一个小型实验室花园正在绽放。与充满精心修剪的植物和泥土芬芳的普通花园不同，这个花园散发着工业气息。一位当代记者称之为“奇迹花园”，花园里铺设着高高的白色盒子，这些盒子由大型玻璃罐供水。附近的温室也配备了同样不寻常的配件。但正是这些低矮的实验室建筑内部发生的事情，让这个花园如此奇妙。
1925年8月，《Popular Science》特约撰稿人诺曼·C·麦克劳德（Norman C. McCloud）描述了法国著名化学家兼物理学家丹尼尔·贝尔特洛（Daniel Berthelot）如何在他的奇迹花园进行革命性的“工厂制造蔬菜”实验。贝尔特洛是19世纪著名化学家、法国外交官马塞林·贝尔特洛（Marcellin Berthelot）的儿子，他利用这个花园在他的父亲开创性工作的基础上进行拓展。早在1851年，老贝尔特洛就开始从氢、碳、氧、氮等无机物中创造合成有机物，例如脂肪和糖（他创造了“甘油三酯”一词）。这是迈向人造食品的革命性第一步。
麦克劳德写道：“[年长的]贝尔特洛已经通过将各种气体置于紫外线的影响下来人工制造了食物。”他补充说，引用贝尔特洛的话：“这些实验表明，通过光，蔬菜食品可以由空气中的气体制造。”但贝尔特洛的实验并没有真正流行起来。一个世纪过去了，大多数食物仍然以传统方式——由植物——种植，但制造食物的想法，即在受控的工厂环境中制造食物，却越来越受欢迎。事实上，贝尔特洛的革命性想法可能终于要开花结果了——只是方式可能和他想象的不同。
食品化学的革命
贝尔特洛从未完全实现他试图人工复制植物自然生长过程的目标。尽管如此，他的实验，即使今天看来多么耸人听闻，在1925年也算是相当可行的。这是因为他父亲的发现引发了化学领域的革命，并带来了对食品未来的一股乐观浪潮。到了20世纪30年代，化学家们已经开始合成各种各样的物质，从维生素等基本营养素，到阿司匹林（乙酰水杨酸）等药物，再到如人工增稠剂、乳化剂、着色剂和香料等食品添加剂。
在1894年《McClure’s 杂志》的一次名为“2000年的食物”的采访中，贝尔特洛的父亲大胆预测，到2000年所有食物都将是人造的。亨利·达姆（Henry Dam）在《McClure’s》杂志上写道，阐述了马塞林·贝尔特洛的愿景：“未来的美食家将享用人造肉、人造面粉和人造蔬菜。”“麦田和玉米田将从地球表面消失。牛群、羊群和猪群将不再饲养，因为牛肉、羊肉和猪肉将直接由它们的元素制造。”
欢迎来到奇迹花园
这就是小贝尔特洛在他的奇迹花园中所追求的愿景。他告诉麦克劳德，他的目标是“从元素中生产糖和淀粉，而无需生物体的参与。”为了实现这一点，贝尔特洛设想了一个拥有“巨大容量的玻璃罐”的工厂。“气体将被泵入罐中，‘灯具将悬挂在天花板上，产生紫外线。’贝尔特洛想象，当化学元素结合时，‘透过罐子的玻璃壁，我们将看到类似轻柔降雪的东西，它将堆积在罐子的底部……我们的成品——植物淀粉和植物糖，将以对自然界作品的忠实复制品的形式被创造出来。’”
到1925年，他已经成功地利用光和气体（碳、氢、氧和氮）创造了基础化合物甲酰胺，甲酰胺被用于生产磺胺类药物（一种合成抗生素）和其他药物以及工业产品。但他朝着复制光合作用的努力也仅限于此。麦克劳德的故事在《Popular Science》上发表两年后，贝尔特洛于1927年去世，未能实现他的梦想。
尽管当时有大胆的预测，但要在1925年仅凭空气和光制造食物仍然是极其难以实现的，即使仅仅因为光合作用的理解也非常有限。这个术语在几十年前才被创造出来，当时查尔斯·巴恩斯（Charles Barnes），一位有影响力的美国植物学家，倡导对植物内部机制进行更精确的描述，而不是当时流行的笼统的“同化”。叶绿素是在前一个世纪被发现的，但直到20世纪50年代，植物在细胞层面发生的事情在很大程度上仍然是理论性的。尽管贝尔特洛的实验可能触及了某些方面，并为人造食品行业的发展推波助澜，但他离复制植物的自然过程还差得很远。我们现在仍然是这样，但最近的发现可能已经找到了一个替代方案——这取决于你对“食物”的定义。
对贝尔特洛创新花园的现代回应
从垂直室内农场到水培，再到基因改造作物，自20世纪60年代以来，商业农业一直致力于在更少的资源（包括土地、水和养分）下获得更高的产量。这种动力始于诺贝尔和平奖得主、美国生物学家诺曼·博洛格（Norman Borlaug），他通过选择性地培育一种富含谷物的矮秆小麦品种，帮助引发了绿色革命。这一革命性目标的理论极限是使粮食生产完全摆脱传统农业，除空气和光之外消除所有资源——这正是贝尔特洛最初的设想。
在过去的一个世纪里，我们一直在努力用“无”中生有地创造食物，通过解析与植物生理学相关的极其复杂的生化途径来取得进展。但如果说我们从贝尔特洛的实验中学到了什么，那就是光合作用——植物自然编程所做的事情——很难在工业上复制。但这并没有阻止一些公司尝试。
2024年4月，Solar Foods在芬兰万塔（Vantaa）开设了一家工厂——一个时尚的设施，工人在这里监控装满大气气体的巨大罐子。在罐子内部，水转化为富含蛋白质的浆液。脱水后，浆液变成一种金黄色的粉末，富含蛋白质和其他营养物质，可以用来制作意大利面、冰淇淋和蛋白质棒。这种粉状物质Solein，就像工厂一样，符合贝尔特洛的设想，工厂利用大气气体“在世界任何地方实现粮食生产”，根据2025年的一份公司新闻稿，“因为生产不依赖于天气、气候条件或土地使用。”但与贝尔特洛设想的相似之处仅此而已。Solar Foods生产食物可能不需要土地或植物，但它们的技术源于一种生物。通过一种发酵形式，它依赖于微生物消化空气和水来产生蛋白质。
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美国公司Kiverdi使用一种类似的微生物发酵工艺，该工艺最早由NASA在上世纪60年代为深空旅行开发，将二氧化碳转化为蛋白质。总部位于奥地利的Arkeon Technologies也开发了自己的微生物发酵工艺，同样可以在不需要土地或其他营养物质的情况下从二氧化碳中生产食物。微生物发酵可能代表着合成食品领域一个有前景的新篇章，但不要指望番茄或玉米会很快凭空出现——这并非人工光合作用。
虽然贝尔特洛一个世纪前对光合作用的理解还很原始，但他很多方面都领先于时代，他的设想非常具有预见性。尽管我们仍然没有弄清楚如何从化学上复制光合作用——即像植物那样用空气和光来生长果实和蔬菜——但我们确实应该认识到，仅在过去十年里，我们已经取得了长足的进步：Arkeon Technologies和Kiverdi等公司可能有助于清除大气中过量的二氧化碳，同时提供解决未来粮食短缺的方案。或者它们也可能不行。只有下一个世纪才能告诉我们答案。
