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最近一集Radiolab中的一個故事縈繞在我的腦海中，揮之不去。像其他人一樣，我喜歡Radiolab，並且經常把從節目中學到的故事新增到雞尾酒派對的談話中（我是去參加書呆子氣的雞尾酒派對，還是把雞尾酒派對搞得很書呆子氣？），但糟糕的節目尤其引人入勝，特別是關於弗裡茨·哈伯的故事。哈伯是 20 世紀初的德國化學家，但他的名字在化學工程系中廣為人知（畢竟，他是有史以來最受歡迎的化學工程師之一）。我最近甚至在維基百科上查閱了他，關注他發明的化學過程的細節，但從未向下滾動了解更多關於他生活的資訊。正是在這種向下滾動中，Radiolab展現了它的魅力，將他複雜而悲慘的故事生動地展現出來。
哈伯發明了一種維持地球上三分之一人口生存的過程：從氮氣生產氨肥。氮是生命必需的，是 DNA 和蛋白質的關鍵組成部分，但即使氮是我們大氣中最豐富的氣體，我們的細胞也不能以其大氣形式利用它，而是依賴其他過程將氮“固定”為生物可利用的形式。少數微生物擁有固氮酶，可以進行這種化學反應，你體內大約一半的氮來自這些微生物。另一半來自哈伯-博世過程（卡爾·博世將哈伯的過程擴大到大規模工業水平）。
農業中的生物固氮和利用是一個引人入勝的多層次共生現象。正如我們與我們馴化的農作物植物處於一種共生關係中，依賴它們的生長來維持我們的生存一樣，許多物種也依賴於生活在它們內部或附近並提供它們所需營養的“馴化”固氮微生物。最著名的例子之一是根瘤菌，它在豆科植物的根部內形成固氮結瘤。豆科植物和不能與根瘤菌形成共生關係的作物之間的輪作使土壤富含氮，並能夠支援需要外部固定氮源的植物。類似地，小型蕨類植物滿江紅與固氮藍細菌魚腥藻形成共生關係。滿江紅隨後被用作種植水稻的富氮肥料。
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哈伯-博世過程使用高壓和高溫來完成微生物固氮酶在細胞內可以做的事情，以巨大的規模生產肥料，使工業農業成為可能。人造肥料可能防止了數十億人死於飢餓，但它們也導致了嚴重的環境退化，現在也威脅著許多人的生命。僅哈伯過程就對溫室氣體排放做出了重大貢獻：首先，透過天然氣的蒸汽重整產生氫氣，然後在極高的溫度下與來自大氣的氮氣結合。工業哈伯-博世過程使用全球天然氣總產量的約 3-5% 來生產氫氣，以及每年總能源供應的約 1-2%。由於過量氮進入水體的農業徑流，人造肥料還會造成嚴重的汙染。
去年在維也納舉行的“合成倫理”藝術和合成生物學展覽中的一個有趣的機器人生態裝置探索了機械化工業農業的一些複雜共生關係。安迪·格雷西的Autoinducer_Ph-1是一個自持系統，其中機械臂會根據電子感測器監測到的氮條件，將與魚腥藻共生的滿江紅舀到生長的水稻植物上。該作品探討了這些生物如何進化為共同生活，以及它們如何與人造、生物工程或機電系統進一步共生進化。也許這樣的進化將使高產農業能夠在較低的影響下實現，而無需人造氨肥。
但工業農業的倫理並非唯一讓弗裡茨·哈伯的故事變得複雜的原因。氨不僅是良好的肥料，而且其高能鍵也是極佳的炸藥。然而，化學在戰爭中還有其他用途，弗裡茨·哈伯是第一次世界大戰期間化學武器開發領域的領導者之一，他甚至親自去前線監督對戰壕中計程車兵部署氯氣。我不會破壞這個故事的悲劇性，因為Radiolab做得更好，但哈伯為他的國家感到自豪，並引用他的話說：“在和平時期，科學家屬於世界，但在戰爭時期，他屬於他的國家。”這些故事在今天具有特殊的意義，因為生物工程師正在討論將其研究直接用於國防相關專案的倫理問題，以及致命疾病的研究被那些想要發動生物戰的人濫用的可能性。很難思考技術可以用於善和惡的方式，從定義上來說，不可能思考任何技術帶來的意外後果，像哈伯這樣的故事很難聽到，但有必要（認真地說，現在就去聽聽）提醒我們，將倫理作為任何科學和技術討論的一部分非常重要，而不僅僅是在事情發生後討論可能的風險和下游後果。