综述：从不可持续的化石基线性系统向可持续的生物基循环系统转型的视角

这篇综述深刻阐述了从当前不可持续的化石基线性（take-make-use-dispose）经济系统向生物基循环（take-make-use-decay-reuse）系统转型的紧迫性。文章提出通过融合科学（convergent science）、系统工程思维和生物工程创新，构建跨学科专业联盟（如IBE），以解决生物-自然-社会经济复杂系统（bio-natural-socio-economic systems）问题，最终实现零废弃物、资源再生的循环生物经济（circular bioeconomy, CBS）。

　　

Abstract

当前以化石资源为基础的线性经济系统（take-make-use-dispose）正面临严峻挑战——每年产生巨量废弃物、污染水土空气并加剧气候变化。自然界通过精妙的循环系统（take-make-use-decay-reuse）实现了零废弃运行，其中一种生物的"废物"恰是另一种生物的养分。为实现这种转变，需要建立融合科学（convergent science）与系统工程思维的文化，通过生物工程创新设计可持续的循环生物经济（circular bioeconomy）系统。

线性经济的困境

美国现有经济系统中，食品农业生物系统（FABS）虽贡献了24%的GDP，却也是31%人为温室气体（GHG）的源头。洛克菲勒基金会研究显示，考虑健康成本、补贴和废弃物后，美国每年隐性成本高达2.1万亿美元。线性系统最致命的缺陷在于：将使用后材料中90%的潜在资源作为废弃物丢弃，且未计入环境成本。

自然界的启示

如图4所示，自然界的"生命循环"（Circles of Life）通过动态交织的生化过程，实现了物质-能量-信息的完美循环。真菌代谢网络便是典型案例——它们能将农业废弃物转化为建筑复合材料（MY-CO-SPACE项目）。这种生物催化能力为废弃物资源化提供了无限可能。

循环生物经济五大原则

ASABE特别工作组提出：

1. 提高资源利用效率
2. 从设计源头消除污染
3. 最大化材料使用周期
4. 修复自然系统
5. 确保经济效益

这些原则指导下的系统设计（图8）可将生物质转化为食品、药品、建材等多元产品，同时实现废弃物资源化。麦肯锡研究指出，全球60%的物理投入理论上可通过生物方式生产。

跨学科联盟的构建

如图10所示，需要整合生命科学、生物技术、计算科学、工程学及行为社会科学（第五驱动轮），形成专业学会联合体。美国国家科学院强调，这种融合（convergence）文化对解决复杂系统问题至关重要。生物工程学会（IBE）因其跨学科特性，可成为推动循环生物经济发展的核心平台。

未来挑战与机遇

到2050年，全球需要：

• 增产70%食物供养105亿人口
• 在人均资源减少30%前提下提升效率
• 开发新型生物基材料替代化石原料
• 减少78%的NO_x排放
• 增强气候适应能力

通过模拟自然界的物质循环，结合新生物学（New Biology）对生命系统运作原理的深入理解，人类有望构建起主导未来经济的可持续循环系统。这不仅是技术革新，更是一场从线性思维向系统思维跃迁的认知革命。