生命如何从无到有？化学家出手破译，同时带来(3)

　　编辑：许琦敏

理想的情况是，设计出不含钴的新电池系统。这需要对多种材料的组合进行反复尝试，以找到高性能和可持续性的最佳点，这个过程非常耗时。在我们拥有完美的电池之前，可能仍需要大量的实验和尝试。

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。

清除空气中的甲烷有助于阻止气温上升，为减缓气候变暖赢得时间。根据美国加利福尼亚州斯坦福大学的罗伯·杰克逊及其同事的最新估计，每从大气中去除十亿吨甲烷，地球表面温度可降低约0.2℃。

　　作者：宇辰/编译

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。

▲分子机器可以搭载药物，精准运送到病灶（nobelprize官网）

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。

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。

停止燃烧化石燃料的关键是风力、太阳能等可再生能源能够保障持续稳定的电力供应。但在没有风或阳光的日子里，我们就需要用到储存的电力，这在许多情况下就要用到电池。

5 可循环材料 应对塑料垃圾危机

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。

2 分子机器 改变未来材料设计

▲未来电池将具有更高性能，而且对环境更友好

6 “机器人化学家” 新药合成的最强助手

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。

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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。

遗憾的是，光合作用是一种难以复制的化学反应。它涉及捕捉阳光、分解水分子产生质子，并将这些质子与二氧化碳中的碳原子结合，最终产生以糖的形式存在的燃料等多个步骤。在自然界中，这些工作是由经过数亿年进化的蛋白质完成的，而它们只能以不超过1%的效率转化太阳能。

十八世纪后期，活塞与棘轮，这些简单的机械装置被结合起来，构成了可代替人工的生产机器，其影响力之广泛，无人能够否认。如今，化学家们开发的分子机器，其开拓性和颠覆性影响堪与蒸汽机比肩。有所不同的是，前者的制造材料是钢铁，而后者则是原子。

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