英國(guó)格拉斯哥(Glasgow)大化學(xué)系教授Lee Cronin帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì),正試圖使用廉價(jià)的,自己改裝的RepRap 3D打印機(jī)幫助他們發(fā)現(xiàn)生命的起源。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo),他們3D打印了一系列可以在生物學(xué)體系之外進(jìn)化的合成細(xì)胞。研究團(tuán)隊(duì)還設(shè)計(jì)了一種模擬自然選擇的算法,通過(guò)記錄根據(jù)該算法引發(fā)的這些合成的、化學(xué)“細(xì)胞”的行為,他們希望弄清楚數(shù)十億年前,當(dāng)生命出現(xiàn)的那一刻之前到底發(fā)生了什么。
當(dāng)前的科學(xué)家們幾乎普遍接受了“進(jìn)化塑造了我們身邊所有的生命”的觀點(diǎn)。生命是生物的,但是一定在過(guò)去存在某個(gè)時(shí)點(diǎn),從這一刻起,化學(xué)物質(zhì)首次成為生物。希望這些3D打印的細(xì)胞能夠幫助Cronin和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程到底是怎樣發(fā)生的。
Cronin教授告訴《連線》的記者稱:“現(xiàn)在,進(jìn)化僅適用于擁有海量信息的復(fù)雜細(xì)胞,但懸而未決的問(wèn)題是,這些信息是哪里來(lái)的?我們已經(jīng)表明,它有可能是從非常簡(jiǎn)單的化學(xué)物質(zhì)與非常少的信息演變而來(lái)的。”
為了做到這一點(diǎn),他們創(chuàng)建了一個(gè)由機(jī)器人控制的RepRap 3D打印裝置,用合成細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并收集所有的數(shù)據(jù)作進(jìn)一步分析。據(jù)了解,他們甚至還使用了一臺(tái)PlayStation相機(jī)來(lái)抓拍它們合成進(jìn)化過(guò)程的圖像。
Cronin團(tuán)隊(duì)基本的研究過(guò)程是這樣的:機(jī)器人向培養(yǎng)皿中擠出化學(xué)組合物的液滴并跟蹤其發(fā)展。這些液滴由四種不同的化學(xué)物質(zhì)組成:1-penatol、1-octanol、鄰苯二甲酸二乙酯和十二烷(或辛酸(octanoic acid)),懸浮在堿性溶液中。機(jī)器人控制的設(shè)備一遍遍的擠出,每次都會(huì)出現(xiàn)不同的結(jié)果。如此反復(fù)進(jìn)行了數(shù)以百萬(wàn)次(都是由機(jī)器人控制完成),已經(jīng)清楚的是,每次打印出的滴液行為都不相同,它們聚在一起,形成不同的組合物。
機(jī)器人會(huì)根據(jù)算法選擇“最適合的”的分子(畢竟,這是適者生存)進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。“通過(guò)對(duì)該3D打印機(jī)套件的改裝,我們實(shí)際上制造了一臺(tái)非常復(fù)雜的機(jī)器,這臺(tái)機(jī)器可以完全自動(dòng)化地完成化學(xué)原始細(xì)胞模型的生命周期。我們?nèi)缓笥脵C(jī)器人探索各種不同類型的成分組成,試圖找出具有“類似生命”行為的那種組合。”Cronin說(shuō)。“這是非??岬模?yàn)檫@是首次由機(jī)器人輔助完成的化學(xué)演化。”
機(jī)器人就這樣高效地反復(fù)再現(xiàn)最原始階段的進(jìn)化過(guò)程,這種化學(xué)合成的細(xì)胞在“機(jī)器人選擇”的條件下進(jìn)行演化。正如Cronin解釋的那樣,這與發(fā)生在生命最初部分的過(guò)程并沒(méi)什么不同。“我們可以證明,從概率上說(shuō),液滴演化為原始生命的幾率要比一個(gè)完整的生物細(xì)胞要高。”
現(xiàn)在,你可能會(huì)想知道這個(gè)實(shí)驗(yàn)的最終結(jié)果會(huì)導(dǎo)致什么。這個(gè)機(jī)器人最終能夠發(fā)現(xiàn)生命嗎? Cronin和他的團(tuán)隊(duì)希望,這一算法選擇過(guò)程將最終揭開(kāi)被稱為“上帝分子”的面紗。這將是一個(gè)非常非?;镜姆肿酉到y(tǒng),理論上可以逐步變成生物的、活的細(xì)胞。“這將有助于我們更好地了解我們所處的宇宙——在這個(gè)宇宙中,生命的存在到底有多普遍。”
當(dāng)然除了這些高大上的目的之外,它(指上帝分子)還會(huì)有一系列實(shí)際應(yīng)用。知道生物細(xì)胞如何創(chuàng)建將對(duì)于制造出非常專業(yè)的智能藥物和化學(xué)品相當(dāng)有用。Cronin甚至設(shè)想用它制造出可以“清理放射性廢物甚至是從大氣中的二氧化碳”的東西。
只是進(jìn)化本身還沒(méi)被打印,這臺(tái)蘇格蘭RepRap設(shè)備的制造是為了重建一個(gè)人類無(wú)法模仿的古老過(guò)程。如果因此而發(fā)現(xiàn)了“上帝分子”,那么3D打印的聲譽(yù)將會(huì)名垂千古。
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