生命如何从无到有？化学家出手破译，同时带来(2)

▲分子机器可以搭载药物，精准运送到病灶（nobelprize官网）

可用于电池的化学物质还有很多，例如镁离子。但问题是，改变电荷载体就意味着要重新设计电池的其他部分。电极是所有电池的关键部件，锂离子电池的电极用钴，这种金属所产生的环境问题甚至比锂更严重，其开采条件恶劣，矿产资源也极为稀缺。

从捕获温室气体到发明无限可循环材料，再到探索生命如何从无到有，化学始终活跃在人类面临重大生存挑战的最前沿。化学家们通过各种手段重组分子、发明新材料，创造了一个又一个奇迹。现代化学究竟有多少神奇“魔法”？来看化学改变世界的七大最新进展。

为此，化学家的对策之一就是设计可将塑料分解成可重复使用分子的化学反应新程式。美国加州大学圣巴巴拉分校的苏珊娜·斯科特最近开发了一种技术，使用催化剂将聚烯烃塑料（包括聚乙烯在内的一组塑料制品）分解成更小的分子，分解得到的小分子可用于生产洗涤剂、油漆或药物等。

不过，科学家仍不愿放弃这个美妙的梦想。十年前，美国哈佛大学化学家丹尼尔·诺塞拉朝着实现人造叶子的目标迈出了第一步，他开发了可以分解水的镍钴催化剂。然而，此后这方面的研究一直进展缓慢。

英国格拉斯哥大学的李·克罗宁有一个更加雄心勃勃的计划，目标是进一步提高化学合成的自动化程度，让普通人也可以操作和使用。例如，他设想有一种分子3D打印机，可在灾难突降或疾病爆发而救灾物资未能到达之时，用来生产应急药物。

2022年诺贝尔化学奖日前揭晓。历数百年化学诺奖，除了惠及化学自身发展，许多获奖成果也为生物、医学、物理、工程等诸多学科带来了革命性影响，因此也被戏称为“理综奖”。而这正体现了化学改变世界的作用，其影响可谓无处不在。

大卫的分子机器暂时还无法超越大自然中分子机器的水平，但他们还在继续努力。虽然目前还只能合成大约20个氨基酸的核糖体，但人工合成核糖体有着很大的选择优势，“我们有一整个元素周期表上的元素可以选用，分子机器将从根本上改变材料设计的未来”。

我们通常将全球变暖归咎于二氧化碳，但还有一种主要的温室气体也在破坏着我们头顶上的那片天空，它就是甲烷。虽然排放到大气中的甲烷数量远低于二氧化碳，但在最初的20年中，甲烷导致的变暖效应却是二氧化碳的80多倍。

这方面研究还可揭示自我复制系统所含分子的特定比例。克罗宁开发了一种对分子复杂性程度进行评分的系统，该系统标示了分子从类生命进入生命形态的临界点，系统将对某物是“有生命的”或“无生命的”，给出“是”或“否”的答案。

这就是为什么化学家们对重现无生命化学物质转变为简单生命形式的这一时刻倍感兴趣的原因——在这一刻究竟发生了什么？其可能性多达几十亿种。英国格拉斯哥大学的李·克罗宁正在利用机器人协助重现这一场景。他和他的团队设计了一种机器，可将一些简单物质——酸、无机矿物和碳基分子——组合起来，产生随机反应，然后对其结果进行分析，并利用算法帮助机器人继续进行下一步探索。通过这种方式，机器人可在宇宙空间内大范围地探寻生命自复制系统存在的线索。如果化学家能够重现生命起源的那一刻，我们将有更多机会识别和发现外星生命。

5 可循环材料 应对塑料垃圾危机

3 捕获甲烷 延缓气候变暖脚步

例如，美国加州大学伯克利分校徐婷教授在塑料中加入微型含酶胶囊。这种塑料可以加工、加热和拉伸成为有用的物品，被废弃后，只需在温水中浸泡一周左右，其中所含的酶就会被释放出来，将塑料“消化”成小分子。如果我们想要消除塑料垃圾的危害，就需要大量这样的创新设计。

1 人造叶子 完美的人工光合作用

锂离子很小，这意味着锂电池可在小而轻的空间中提供大量电力。用于电池的还有比锂离子稍大一点的钠离子。钠在海水中含量丰富，对于一些非便携式应用，如储存太阳能发电的电力，钠离子电池也是一种很好的选择。英国公司Faradion已将钠离子电池用于印度的重型卡车上。

如今，我们离生命诞生之谜的答案可能越来越近了。几位科学家已经创造出了接近生命的物质。去年底，美国佛蒙特大学乔什·邦加德领导的一个团队将青蛙皮肤细胞重新编程，产生了被称为“异种机器人”的细胞群，这些细胞群可以游动，可以自我繁殖。

文章来源：《生命的化学》 网址: http://www.smdhx.cn/zonghexinwen/2022/1013/1730.html