生命起源研究新里程碑：Science刊文前生命化学自催化网络( 三 )

1953年4月，沃森和克里克在Nature发文提出DNA的双螺旋模型[2] ，科学家终于找到生命代代延续的遗传物质，开启了对生命信息源头的探索。
三周之后， 1953年5月， Science刊文介绍了米勒的烧瓶闪电实验[3] ，为生命起源的物质代谢基础找到第一个证据，开启了生命物质起源的探索。米勒尝试验证原始地球环境下生命形成的“原始汤”猜想——只用烧瓶中的水、甲烷、氨气和氢气，借助电火花（模拟地球早期大气中的闪电），就能形成甲醛、氰化氢等中间体，又进一步反应形成氨基酸。
这开启了寻找地球生命早期化学代谢过程的研究。米勒实验后，关于生命早期生物化学主体的结构，人们提出了众多重要假说，包括艾根的超循环假说[4] ，瓦雷拉的自创生假说[5] ，甘蒂的化学子假说[6]等，其中走得最远的是斯图尔特·考夫曼关于自催化网络的研究，取得了一系列实验验证[7-9] 。
考夫曼设想有几十种分子相互发生化学反应，经过一段时间，这些物质就可能形成一个自我催化、自我复制的化学反应循环，称为自催化集（Autocatalytic set）。此后数十年，在精心设计的DNA、RNA、多肽等的相互反应的化学实验中，都获得了这样的循环。由此，考夫曼继续断言：“自催化系统能够形成和进化而无需一个基因组（代谢为先）” 。
此后，考夫曼先后和Szathmary ， Martin WF等进行过一系列化学和生化模拟并获得一系列自催化网络，却一直未见有经化学实验验证的报道[10] 。同时，以复制子为核心的信息为先（基因组为先）模型也获得了不少进展，特别是RNA世界学说[11] 。
而这篇Science论文，为“代谢为先”理论提供了强有力证据：即使不依赖信息分子，仍然可以从简单物质的化学代谢中，直接形成丰富的自催化循环。
作者在计算机模型中找到了一系列具有自复制、自催化能力的循环，并且在化学实验中验证了其中一部分。 RNA等储存信息的分子，更可能是在化学代谢循环的基础上逐渐形成的。
两周前的Nature Astronomy刊文，科学家通过光谱分析发现金星大气中存在磷化氢气体[12] 。尚不能确定这些磷化氢是大气层的光化学反应产物还是大气微生物的代谢产物，许多学者展开了讨论。
而Allchemy平台恰恰具备拓展能力，除了本文涉及的6种基本物质，还可以引入含磷物质和金星大气的其他物质作为基底，探讨金星磷化氢的可能来源。我们判断，这篇Science论文会成为生命起源研究史的里程碑事件，为后续探索生命起源的化学反应过程，甚至通过网络分析追踪到从原始汤到复杂生物支架的全过程提供了明确的起点和研究工具。
从应用角度看，这项研究也将启发未来的合成生物学和生物制药研究。星辰大海，徐徐展开。
参考文献： [1] Wolos A, Grzybowski B A, el al. Synthetic connectivity, emergence, and self-regeneration in the network of prebiotic chemistry[J].Science ,2020, 369(6510).
[2] Watson J D, Crick F H C. Molecular structure of nucleic acids: a structure for deoxyribose nucleic acid[J]. Nature, 1953, 171(4356): 737-738.
[3] Miller S L. A production of amino acids under possible primitive earth conditions[J]. Science, 1953, 117(3046): 528-529.
[4] Eigen M. Selforganization of matter and the evolution of biological macromolecules[J]. Naturwissenschaften, 1971, 58(10): 465-523.
[5] Varela F G, Maturana H R, Uribe R. Autopoiesis: The organization of living systems, its characterization and a model[J]. Biosystems, 1974, 5(4): 187-196.
[6] Gánti T. Chemoton theory: theory of living systems[M]. Springer Science & Business Media, 2003.