生命如何从无到有？化学家出手破译，同时带来(3)

简单的分子机器已存在了约二十年。分子轮就是一种早期的分子机器，它能沿轴上下移动，形成一种类似于活塞的结构。最早分子机器的发明者是美国伊利诺伊州西北大学的弗雷泽·斯托达特、荷兰格罗宁根大学的本·费林加，以及法国斯特拉斯堡大学的让·皮埃尔·索瓦奇，三人因此于2016年获得诺贝尔化学奖。

新的塑料设计理念是从一开始就规划好其未来归宿，从而解决塑料废弃物污染环境的问题。化学家们正在设计的塑料可无限循环使用，或者在废弃之后可分解成滋养土壤的物质。

4 完美电池 性能卓越有益环境

一种解决方案是放弃捕获甲烷，转而通过化学方法将甲烷转化为二氧化碳，将额外的二氧化碳释放到大气中。虽然这种方案听起来似乎相当不明智，但考虑到甲烷危害更甚于二氧化碳，这也许是一个有积极意义的举措。“释放到大气中的甲烷最终都会转换成二氧化碳，而我们要做的就是加速这个转换过程。”杰克逊说。美国大多数州在处理填埋地甲烷泄漏问题时，都会将特制的充满微生物的覆盖物置于填埋物上，利用微生物将甲烷转换为二氧化碳。

（图片来源：视觉中国）

2016年，诺塞拉公开了他的一项发明，这个系统利用可分解水的催化剂产生质子和电子，为生物工程细菌提供养分。这套装置利用阳光将二氧化碳转换为燃料和生物质，能量转换率可达11%。“完美人工光合作用的效率是大自然中光合作用的10到100倍。”诺塞拉说。

塑料是一种高分子聚合物，这也正是它们很难降解或回收的原因——剪断这些强化学键，通常是一个棘手的化学问题。如今，科学家在对一些主要塑料制品的处理方面已取得了不同程度的进展。例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是用于制造塑料瓶的材料，这类塑料废弃物是可以回收利用的，通过简单方法切碎重新制成新瓶子。

目前，化学家已经在一定程度上解决了人造叶子的问题。在诺塞拉看来，这不只是一个化学问题，甚至也不再是一个技术问题。他认为，之所以不能做到让所有人都用人造叶子生产的燃料来驾驶汽车，更多原因是缺乏必要的基础设施。

植物摄取能量的本领令人类羡慕万分，它们可通过光合作用自行产生所需要的能量，同时消耗温室气体二氧化碳。要知道，人类为获取能源而燃烧化石燃料，由此释放出的大量温室气体导致气候变暖，这给人类带来了巨大生存困境。如果我们能学会模仿植物的这一技能并大规模推广，是否就能通过将阳光液化，创造出一种清洁绿色的燃料？

▲未来电池将具有更高性能，而且对环境更友好

分子设备还可用来制造更加复杂的分子机器，潜力巨大。生物体一直在利用大自然中的生物分子机器进行着许多有用的工作。例如，核糖体就是用来组装蛋白质的一种生物分子机器。它按照特定顺序将氨基酸分子组合在一起，创造出从指甲中的角蛋白到免疫系统中的抗体等一系列令人惊叹的物质。

但还有其他一些重要塑料制品的处理要困难得多。例如，普遍用于双层玻璃窗以及其他多种用途的聚氯乙烯（PVC），对于化学家来说，处理这些塑料废弃物“简直是一场噩梦”。英国谢菲尔德大学的化学家安东尼·瑞安说，目前还没有回收PVC的好方法，即使回收，最终得到的氯乙烯，也是一种会增加癌症风险的有毒化合物。

英国曼彻斯特大学的大卫·利一直致力于人工合成核糖体。他设计出一种沿着线性轨迹移动的环形分子，移动过程中“拾取”一个个分子并将它们拼接在一起。去年，大卫与他的团队将两三台这样的分子机器结合在一起，生产出以设定顺序排列的含有10个氨基酸的肽分子。

然而，电池本身也可能引发环境问题。例如，电动汽车中的可充电锂电池需要用到锂等多种金属。但在地球上有大量锂储量的地方很少，而且从锂盐中提取锂需要消耗大量水，而开采锂辉石也会对环境造成不利影响。因此，化学家希望设计出对环境更友好的电池。

　　作者：宇辰/编译

问题的核心是，一系列无生命分子是如何开始结合并自我复制的？上世纪50年代，化学家斯坦利·米勒和哈罗德·尤里将一种化学混合物放在一个密封的罐子里，证明生命的关键组成成分氨基酸可以自发形成。他的实验为探索生命诞生迈出了一大步，但仍没能告诉我们，这些分子是如何形成自我复制系统的。

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