生命如何从无到有？化学家出手破译，同时带来

▲化学合成自动化将为人类带来更丰富的物质选择

塑料是一种高分子聚合物，这也正是它们很难降解或回收的原因——剪断这些强化学键，通常是一个棘手的化学问题。如今，科学家在对一些主要塑料制品的处理方面已取得了不同程度的进展。例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是用于制造塑料瓶的材料，这类塑料废弃物是可以回收利用的，通过简单方法切碎重新制成新瓶子。

但还有其他一些重要塑料制品的处理要困难得多。例如，普遍用于双层玻璃窗以及其他多种用途的聚氯乙烯（PVC），对于化学家来说，处理这些塑料废弃物“简直是一场噩梦”。英国谢菲尔德大学的化学家安东尼·瑞安说，目前还没有回收PVC的好方法，即使回收，最终得到的氯乙烯，也是一种会增加癌症风险的有毒化合物。

▲科学家尝试重现无生命分子向生命分子转换的那一刻

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这方面研究还可揭示自我复制系统所含分子的特定比例。克罗宁开发了一种对分子复杂性程度进行评分的系统，该系统标示了分子从类生命进入生命形态的临界点，系统将对某物是“有生命的”或“无生命的”，给出“是”或“否”的答案。

从捕获温室气体到发明无限可循环材料，再到探索生命如何从无到有，化学始终活跃在人类面临重大生存挑战的最前沿。化学家们通过各种手段重组分子、发明新材料，创造了一个又一个奇迹。现代化学究竟有多少神奇“魔法”？来看化学改变世界的七大最新进展。

7 创建人工生命 重现生命起源时刻

3 捕获甲烷 延缓气候变暖脚步

现今科学家正在制造和测试更多用途广泛的分子机器。几年前，美国得克萨斯州休斯敦莱斯大学的詹姆斯·图尔和他的同事们发明了一种可以穿透细胞膜的分子机器，这种“钻孔”分子机器可让药物顺利通过细胞膜，以提高药物的针对性和疗效。

科技跨国公司IBM也在尝试化学分子合成的自动化。其RoboRXN工具包使用机器学习算法帮助分子合成设计，可在含有300万个化学分子式的训练数据库中进行测试和筛选。IBM研究中心的亚历山德拉·托尼亚托说，这种方法对那些想要制造新分子但缺乏相关设备的人可能有所帮助，“学生们可利用它对大学里接触不到的化学知识进行实践”。

克罗宁还发明了一种叫做chemputer（“化学”和“计算机”的英语合成词）的装置，可自动合成各种分子，当然首先要给机器输入机读语言指令，克罗宁为此建立了一个数字化学配方数据库。2020年，克罗宁公布了一个可以加速这一过程的系统，系统可对公开发表的一些化学文献进行分析摘要，并转化为计算机能够阅读的数字指令。

甲烷是从牲畜体内和下水管道中排放出来的气体，它可与氧化亚氮发生反应，使臭氧气体更接近于地球表面。在接近地球表面的位置上，臭氧会引起人们的呼吸问题，并与全球每年100万人的过早死亡有关。

4 完美电池 性能卓越有益环境

▲科学家研发的第一个人工光合作用系统（nano letter 2014年15期）

可用于电池的化学物质还有很多，例如镁离子。但问题是，改变电荷载体就意味着要重新设计电池的其他部分。电极是所有电池的关键部件，锂离子电池的电极用钴，这种金属所产生的环境问题甚至比锂更严重，其开采条件恶劣，矿产资源也极为稀缺。

新的塑料设计理念是从一开始就规划好其未来归宿，从而解决塑料废弃物污染环境的问题。化学家们正在设计的塑料可无限循环使用，或者在废弃之后可分解成滋养土壤的物质。

我们通常将全球变暖归咎于二氧化碳，但还有一种主要的温室气体也在破坏着我们头顶上的那片天空，它就是甲烷。虽然排放到大气中的甲烷数量远低于二氧化碳，但在最初的20年中，甲烷导致的变暖效应却是二氧化碳的80多倍。

问题的核心是，一系列无生命分子是如何开始结合并自我复制的？上世纪50年代，化学家斯坦利·米勒和哈罗德·尤里将一种化学混合物放在一个密封的罐子里，证明生命的关键组成成分氨基酸可以自发形成。他的实验为探索生命诞生迈出了一大步，但仍没能告诉我们，这些分子是如何形成自我复制系统的。

英国剑桥大学欧文·赖斯纳领导的一个团队最近使用了一种钙钛矿材料来收集光线，将其与一种叫做甲酸脱氢酶的酶结合，产生的仿生叶可将光线转换为甲酸。甲酸是燃料电池中的一种化学物质，能量转换率达1%——这就可与大自然中植物的能量转换率相媲美。

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