本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
最近一集Radiolab中的一个故事萦绕在我的脑海中，挥之不去。像其他人一样，我喜欢Radiolab，并且经常把从节目中学到的故事添加到鸡尾酒派对的谈话中（我是去参加书呆子气的鸡尾酒派对，还是把鸡尾酒派对搞得很书呆子气？），但糟糕的节目尤其引人入胜，特别是关于弗里茨·哈伯的故事。哈伯是 20 世纪初的德国化学家，但他的名字在化学工程系中广为人知（毕竟，他是有史以来最受欢迎的化学工程师之一）。我最近甚至在维基百科上查阅了他，关注他发明的化学过程的细节，但从未向下滚动了解更多关于他生活的信息。正是在这种向下滚动中，Radiolab展现了它的魅力，将他复杂而悲惨的故事生动地展现出来。
哈伯发明了一种维持地球上三分之一人口生存的过程：从氮气生产氨肥。氮是生命必需的，是 DNA 和蛋白质的关键组成部分，但即使氮是我们大气中最丰富的气体，我们的细胞也不能以其大气形式利用它，而是依赖其他过程将氮“固定”为生物可利用的形式。少数微生物拥有固氮酶，可以进行这种化学反应，你体内大约一半的氮来自这些微生物。另一半来自哈伯-博世过程（卡尔·博世将哈伯的过程扩大到大规模工业水平）。
农业中的生物固氮和利用是一个引人入胜的多层次共生现象。正如我们与我们驯化的农作物植物处于一种共生关系中，依赖它们的生长来维持我们的生存一样，许多物种也依赖于生活在它们内部或附近并提供它们所需营养的“驯化”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内形成固氮结瘤。豆科植物和不能与根瘤菌形成共生关系的作物之间的轮作使土壤富含氮，并能够支持需要外部固定氮源的植物。类似地，小型蕨类植物满江红与固氮蓝细菌鱼腥藻形成共生关系。满江红随后被用作种植水稻的富氮肥料。
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哈伯-博世过程使用高压和高温来完成微生物固氮酶在细胞内可以做的事情，以巨大的规模生产肥料，使工业农业成为可能。人造肥料可能防止了数十亿人死于饥饿，但它们也导致了严重的环境退化，现在也威胁着许多人的生命。仅哈伯过程就对温室气体排放做出了重大贡献：首先，通过天然气的蒸汽重整产生氢气，然后在极高的温度下与来自大气的氮气结合。工业哈伯-博世过程使用全球天然气总产量的约 3-5% 来生产氢气，以及每年总能源供应的约 1-2%。由于过量氮进入水体的农业径流，人造肥料还会造成严重的污染。
去年在维也纳举行的“合成伦理”艺术和合成生物学展览中的一个有趣的机器人生态装置探索了机械化工业农业的一些复杂共生关系。安迪·格雷西的Autoinducer_Ph-1是一个自持系统，其中机械臂会根据电子传感器监测到的氮条件，将与鱼腥藻共生的满江红舀到生长的水稻植物上。该作品探讨了这些生物如何进化为共同生活，以及它们如何与人造、生物工程或机电系统进一步共生进化。也许这样的进化将使高产农业能够在较低的影响下实现，而无需人造氨肥。
但工业农业的伦理并非唯一让弗里茨·哈伯的故事变得复杂的原因。氨不仅是良好的肥料，而且其高能键也是极佳的炸药。然而，化学在战争中还有其他用途，弗里茨·哈伯是第一次世界大战期间化学武器开发领域的领导者之一，他甚至亲自去前线监督对战壕中的士兵部署氯气。我不会破坏这个故事的悲剧性，因为Radiolab做得更好，但哈伯为他的国家感到自豪，并引用他的话说：“在和平时期，科学家属于世界，但在战争时期，他属于他的国家。”这些故事在今天具有特殊的意义，因为生物工程师正在讨论将其研究直接用于国防相关项目的伦理问题，以及致命疾病的研究被那些想要发动生物战的人滥用的可能性。很难思考技术可以用于善和恶的方式，从定义上来说，不可能思考任何技术带来的意外后果，像哈伯这样的故事很难听到，但有必要（认真地说，现在就去听听）提醒我们，将伦理作为任何科学和技术讨论的一部分非常重要，而不仅仅是在事情发生后讨论可能的风险和下游后果。