英國格拉斯哥(Glasgow)大化學(xué)系教授Lee Cronin帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊,正試圖使用廉價的,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)隊還設(shè)計了一種模擬自然選擇的算法,通過記錄根據(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,但是一定在過去存在某個時點(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)隊發(fā)現(xiàn)這個過程到底是怎樣發(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,但懸而未決的問題是,這些信息是哪里來的?我們已經(jīng)表明,它有可能是從非常簡單的化學(xué)物質(zhì)與非常少的信息演變而來的。”
為了做到這一點(diǎn),他們創(chuàng)建了一個由機(jī)器人控制的RepRap 3D打印裝置,用合成細(xì)胞進(jìn)行實(shí)驗,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PlayStation相機(jī)來抓拍它們合成進(jìn)化過程的圖像。
Cronin團(tuán)隊基本的研究過程是這樣的: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,每次都會出現(xiàn)不同的結(jié)果。如此反復(fù)進(jìn)行了數(shù)以百萬次(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。“通過對該3D打印機(jī)套件的改裝,我們實(shí)際上制造了一臺非常復(fù)雜的機(jī)器,這臺機(jī)器可以完全自動化地完成化學(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。“這是非??岬模驗檫@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程并沒什么不同。“我們可以證明,從概率上說,液滴演化為原始生命的幾率要比一個完整的生物細(xì)胞要高。”
現(xiàn)在,你可能會想知道這個實(shí)驗的最終結(jié)果會導(dǎo)致什么。這個機(jī)器人最終能夠發(fā)現(xiàn)生命嗎? Cronin和他的團(tuán)隊希望,這一算法選擇過程將最終揭開被稱為“上帝分子”的面紗。這將是一個非常非?;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)還會有一系列實(shí)際應(yīng)用。知道生物細(xì)胞如何創(chuàng)建將對于制造出非常專業(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)化本身還沒被打印,這臺蘇格蘭RepRap設(shè)備的制造是為了重建一個人類無法模仿的古老過程。如果因此而發(fā)現(xiàn)了“上帝分子”,那么3D打印的聲譽(yù)將會名垂千古。
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