生命如何从无到有？化学家出手破译，同时带来(2)

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。

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”。

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。

另一种替代方案是沸石。沸石是一种多孔材料，但其隧孔只有原子大小，其间可充斥大量分子。某些沸石可用来吸收甲烷，然后通过催化反应将其转化为甲醇——一种用于化学工业的有用物质。化学家们已发现了数百种可以实施这一方案的沸石，虽然目前这一技术还不成熟，但其发展前景与潜力都很不错。

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。

（图片来源：视觉中国）

众所周知，二氧化碳捕获技术已存在多年，它通过与溶剂结合的可逆化学反应，捕获发电站烟道中的二氧化碳，并将其深埋于地下。但同样的溶剂用来吸收甲烷并不那么有效，其中一个原因是甲烷的分子形状使得溶剂分子不太容易“包裹”在它们周围。

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。

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。

1 人造叶子 完美的人工光合作用

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？

现代化学最具传奇色彩的成就也许是全合成。这是一种提取简单分子并将它们“缝合”在一起以产生复杂分子的工艺，也是目前新药研发的普遍模式。但通过化学合成发现新药是一个相当艰辛的过程，合成化学家经常需要连续数小时在实验室里对各种分子进行混合、搅拌和纯化。如今，自动化化学合成正在尝试开发代替人类来从事这些辛苦繁琐工作的机器人。

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。

在原子之间形成化学键是化学家的得意之作。但因此造成的一些严重环境问题令人担忧，大量塑料废弃物最终被焚烧、填埋或漂浮在海洋中，塑料垃圾正在污染我们的土地和海洋。化学家们的应对之策是努力开发出可无限次回收的材料。

地球是如何从一个无生命的巨大岩石体演变成一个郁郁葱葱的绿色生命世界的？无生命分子最初是如何进入生命世界的？这是一个最大的未解之谜。

文章来源：《化学进展》 网址: http://www.hxjzzz.cn/zonghexinwen/2022/1013/1961.html