生命起源研究新里程碑：Science刊文前生命化学自催化网络

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导语
生命怎样起源是最迷人的科学问题之一。 9月25日的Science杂志刊载了一项研究，科学家构建了以水、氮气、硫化氢、氨气、氰化氢、甲烷作为起始反应物的自主催化网络。这为寻找生命诞生伊始的早期化学反应网络提供了研究线索。生命怎样起源？从化学网络中找线索
生命起源问题的关键挑战，是追踪少数几种原始的基底反应物怎样构建起重要的生命组件并涌现出自生成主体。来自波兰科学院的Bartosz A. Grzybowski等学者，于2020年9月25日在Science发表文章，介绍了他们对生命的化学起源途径的最新研究。

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原文题目： Synthetic connectivity, emergence, and self-regeneration in the network of prebiotic chemistry 原文地址： https://science.sciencemag.org/content/369/6511/eaaw1955 在这篇论文中，研究者设计了一款名为Allchemy的化学合成算法软件，并用其生成了完整的前生命化学反应网络（network of prebiltic chemistry），该网络包含了数万种生物分子与非生物分子。

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图1. 从6种简单分子构建成的前生命化学网络。图中浅蓝色节点代表非生物分子，深蓝色节点代表新发现的前反应物（如柠檬酸和尿酸），红色节点代表其他生物分子。
研究者用Allchemy软件构建的前生命化学网络中，使用了已知的614条化学反应规则，涉及到C、O、N、S等元素。由于加入 P 之后会引起网络规模暴增，所以这项研究暂未用到 P 元素相关的化学反应。研究者还公开了Allchemy软件的线上交互版本，并开源了分析反应结果、搜索反应循环的脚本，感兴趣的朋友可以尝试： https://life.allchemy.net/ https://github.com/rmrmg/tree-of-life 进一步的研究还发现了化学反应网络中的三种涌现：

形成的分子可以促成新的前生命反应，即具有催化能力的分子；
经历几代反应之后，涌现出了自催化循环等化学系统；
网络中包含了表面活性物质，这些是把生物分子和环境隔离开的基本结构。

前生命化学网络研究者以水、氮气、硫化氢、氨气、氰化氢、甲烷作为反应底物，构建化学反应网络。之所以选这些结构简单的物质，是因为它们被认为是可能地球早期大气的组成部分。

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图2. 从基底反应物到整个网络的迭代过程 6种反应底物之间首先相互组合反应，形成第一代反应产物。第一代反应产物和原始底物一起，开始下一次迭代。经过这样的多轮迭代，就形成了复杂的反应网络。经过7代反应，已经形成规模庞大的网络。

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图3. 6种底物与多代反应产物形成的前生命化学网络如图3所示的是研究者构建的前生命化学网络。这个网络中包含了82中生物分子（氨基酸、多态、核苷酸、碱基、碳水化合物和代谢产物等）和36603中非生物分子。
进一步的分析表明，前生命化学网络具有很强的鲁棒性。研究者剪掉63种反应规则中的34种，即删除了大量连边，发现网络中所有的生物分子仍然可以通过其他路径合成。这种高度的鲁棒性与生物的代谢网络具有相似性。