算法发现六个分子如何进化成生命的基石

一种有机合成算法已经绘制出了数千个反应，这些反应可能在35亿多年前将非生物化合物转化为生命的基石。从6个简单的前体开始，该计划发现了许多已知的以及24条全新的通往益生菌分子的途径，并展示了催化和自我复制系统可能出现的方式。

尽管数以百计的演示表明，在早期地球的条件下，各种有机反应可以发生，但科学界对生命的构成要素是如何出现的，仍然只有零星的了解。这是因为这些反应的可能组合数量如此之多，以至于产生的分子数量迅速跃升至数万个。虽然合成和分析这么多化合物很困难，但原则上可以用计算机进行分类。

现在，研究人员已经做到了这一点。由波兰科学院的Bartosz Grzybowski和Sara Szymkuć领导的一个团队将所有500个已知的益生菌反应和六种前体-水、氰化氢、氨、硫化氢、氮和甲烷-的原料编码到开放使用的平台AllChemical中。然后，算法使用编码的机械性化学规则来生成它们组合的地图。

运行了七代程序，每次将产生的分子与之前出现的分子结合起来，研究人员最终得到了近3.5万种化合物，其中包括50种生物化合物。该程序能够找到许多先前在文献中描述的益生元合成，例如通向DNA组分腺嘌呤的10条途径。但它也发现了24条通往生物化合物的全新途径-研究小组通过实验验证了其中的20多条途径。

除此之外，更复杂的体系，如反应循环和胶束开始出现。亚氨基二乙酸是一种生成的分子，它可以与锰等金属络合，起到催化剂的作用。“你可以让它经历一个周期，它可能会在一个周期内复制两个副本。”在实验中，我们展示了这种自动放大功能。“这告诉我们，这种自我复制是在化学上出现的，”格里博斯基说。

Szymkuć解释说，计算机程序比人类更善于发现这些途径的原因之一是，“人们在设计东西时，不习惯加入一个能降解分子的步骤，而这是周期所必需的。”

但绝大多数的反应组合都会产生非生物化合物--这些分子从未融入到生命系统中。分析表明，成为生命基石的分子在水中更易溶，热力学上也更稳定。格日博斯基补充说：“被选中的人中氢键供体和受体的数量是平衡的。”“当你想起来的时候，这是完全有道理的--想想DNA吧。”自然界选择了更有可能适合更大结构的分子来构建这种超分子组合。

“这是一项令人难以置信的工作，”瓦伦蒂娜·埃拉斯托娃说，她在英国爱丁堡大学用计算方法研究生命化学的起源。“我们有一点限制，因为这必须以我们发现的反应为基础。”我们还没有探索到与矿物和表面相关的反应，这些反应可能是催化的。这将是非常有趣的调查…。我们不能把这张地图当作绝对地图。