用自动催化套探索生命的起源

我们是怎么来到这里的？如果没有数千年，这个问题已经困扰了哲学家，科学家和个人。演变的物种，如人类，是令人难以置信的复杂系统，甚至降到微观蜂窝水平，并了解自己的生命起源以及我们的DNA如何成为我们今天所知道的是一个具有挑战性的问题。CoolScience俱乐部是一个国际合作，调查如何答案的答案可能位于叫做自动催化套装的自我复制系统中。

关于我们宇宙开头的最受欢迎的理论之一是大爆炸理论。这是宇宙开始作为无限致密的和温暖的点，突然在几分之一秒内突然猛烈地扩展。虽然宇宙的确切开始，但在一大万亿的比例内发生了什么，仍然有很多谜团，科学家现在有许多引人注目的模型和证据，才能在我们的宇宙出生之后的瞬间发生的事情。

然而，我们知道的生活的开始并不是很好的。进化的生命是一种令人难以置信的化学和生物学混合物，具有估计的2040亿原子的全部人类基因组。为了比较，水分子只包含三个。太空中发现的最大分子仍然是富勒烯家族中的那些，这些家庭是奇怪的，足球形的碳原子网络，但即使是最大的碳原子仍然包含70个原子。

任何地方都没有找到富勒烯。许多行星只有非常简单的分子，由少于10个原子组成。那么这类简单的化学积木是如何结合在一起的，以创造我们在地球上的复杂性和各种各样的化学物质，包括造成寿命的DNA等化学化合物？

Stuart Kauffman教授，退休但仍然非常活跃的生物学家，有兴趣解决这个问题。有许多竞争理论对生活的复杂程度是多么竞争，但他对自动催化组可能在形成复杂的化学结构的角色发挥作用感兴趣。了解这些集合如何工作可能不仅让我们更深入地了解我们生命中的起源，而是铺平了新的生活技术，这些化学作为其功能和增长的一部分。

自我维持化学
自催化套装的概念是一套形成自维持网络的化学反应。只要存在基本的食物来源，在这种反应网络中的分子能够相互催化彼此的形成。这意味着单个分子不需要能够催化它们自己的形成，因为这可以通过网络中的另一个分子来完成。最终结果是一种完全自维持的组合反应集。

生活不仅仅是其组成分子的总和。这取决于这些分子如何彼此相互作用。

Kauffman最初提出了1971年复杂演变中的自动催化套装的概念及其在复杂演变中的潜在作用。后来，该理论是由他和其他人进一步发展的，具有探讨和鉴定形成和鉴定形成自催化剂所需的化合物的计算和实验研究。创建RNA，蛋白质或小有机分子。

现在，Kauffman教授正在使用许多合作者来采取跨催化套装问题的跨学科方法。通过组合化学，物理学，数学，生物学和计算机科学的方法，群组旨在更好地了解自催化设定为形式所需的条件，那么这些集合如何发展和成长。这样的解释可能不仅仅是持有原始汤如何导致RNA，DNA和复杂的细胞寿命的答案，而是可以激发新的自我维持技术。

RNA - 自然的解码器
最初，自催化套的概念是一个有争议的概念。生活起源研究中的主导观点是RNA世界假说。RNA是另一种类型的核酸，如DNA，而不是将所有遗传信息作为DNA储存，RNA更换为解码器，以读取DNA中含有的遗传信息并将其转化为细胞的可操作指令。

在RNA世界假设中，仅RNA最初对遗传信息的复制和表达初始原因，这意味着它必须能够进行自我复制。只有最近发现短RNA链中的自我复制的证据，但没有证据（又计）该RNA可以催化其自身的模板定向复制，因此可以复制并表达遗传信息。

如果被认为对寿命负责，RNA不需要能够进行调节和自我表达。然而，这一假设的一些批评者认为，很难看出，可以自发地出现高度复杂的反应网络，或者该组如何如何发展和适应，而不会破坏整个集合所需的反应的精细平衡。但是，许多人同意，即使这一组对所有生命起源不负责任，它们也是初始RNA合成的合理解释。

生命的起源是一个复杂的
问题，需要高度学科的方法。

帮助建立自催化群的潜在和力量的关键发展之一是Mike Steel教授的工作，以及在正式的数学框架上描述了描述自催化套件的正式数学框架，称为反应性自催化和食物产生（RAF）理论。This helped to capture in a more mathematically formal way the potential ways autocatalytic sets could form by explicitly defining a ‘reflexively autocatalytic’ subset – which molecules catalyse the formation of which other molecules – and a ‘food-generated’ subset – which molecules can be created from the food source.

这个数学描述为更详细的理论和计算工作铺平了道路，并揭示了两个关键的东西：这些集合如何可以从给定的食物来源自发形成，以及它们如何可能发展和多样化。这些集合不仅限于涉及生命的起源的反应。群体研究了特定古痤疮和细菌的代谢过程中涉及的反应，并且自90年代中期以来已经成功地构建了实验室产生的集合。

零件总和
自动催化集是系统真正大于其部件总和的地方。即使您在溶液中放置了细菌的所有细胞组分，它们也不会自发地组装成细菌细胞的能力。然而，当所有组件作为这一复杂网络的一部分工作时，一系列遗传信息，细胞壁等突然变成了高度复杂，复杂和生活的东西。

虽然组中的个体反应可能在分离中不特别有用，但是制备反应的所需最终产物，而它们与其他化学的关节功率相结合是解锁它们合成复杂寿命的潜力的关键。由于Kauffman和同事专家组织的自动催化集的潜在理论完全可扩展到较大的网络，并且具有高度灵活性，并且可以应用于任何相关问题，然后可以考虑使用该方法来故意瞄准创造某些分子种。

作为欧盟联合项目的一部分，Kauffman和同事教授希望与工业伙伴合作，识别潜在的反应，序列分子和检测产品。该研究可用于不仅可以识别生命的起源，也可以作为新型自动合成的技术工具。