威斯康星大學麥迪遜分校的研究人員培養了逼真的化學反應，同時開創了研究生命起源的新策略。

這項工作遠非要啟動實驗室的工作。然而，它表明，簡單的實驗室技術可以激發可能的反應，這些反應可能是解釋大約40億年前地球上生命如何開始的必要條件。

研究人員通過不斷削減化學物質的數量，并通過添加新資源使其重新建立起來，對豐富的有機化學物質進行反復選擇。經過幾代的選擇，該系統似乎消耗了其原材料，這表明選擇可能導致了能夠傳播自身的化學網絡的擴散。

在更長的時間尺度上，這些化學變化以重復的方式振蕩。這種興衰周期尚未得到充分解釋，但是有力證據表明，化學湯建立了類似于在生物體中發現的反饋回路。威斯康星大學麥迪遜分校植物學教授大衛·鮑姆(David Baum)和他的團隊于2019年10月23日在《生活》雜志上發表了他們的發現。這項工作是由美國國家科學基金會和美國宇航局資助的。

現在，其他研究人員可以使用這種實驗方法，并幫助弄清鼓勵形成栩栩如生的化學系統所需的成分，以及這些化學網絡是否可以繼續發展更復雜的特征。

如果該系統能夠產生更大的復雜性，那么它可能會幫助解決這樣一個難題，即簡單的化學物質最終如何產生出像今天產生了所有生命的細胞祖先那樣復雜的東西。

當研究人員將實驗擴展到40代時，他們發現磷酸鹽濃度是其化學湯中的關鍵原料之一，其濃度反復波動。這些振蕩表明反饋回路的發展，這是生活的特征之一。圖片來源：David Baum實驗室

“ 生命起源中的一個核心問題是：在DNA或RNA中存在遺傳信息之前，如何獲得進化?” 鮑姆說。“我們現在已經意識到，化學網絡的發展可能會解決該問題，而這是我們在實驗室中可以解決的問題。”

為了測試化學生態系統進化的想法，研究人員組裝了豐富的化學藥品湯。它們在海水中溶解氨基酸，糖，常見的有機化合物，微量礦物質和核酸的組成部分。為了使該系統更具優勢，科學家將富含海水的ATP摻入其中，ATP是一種高能分子，可驅動當今幾乎所有生命的反應，但不太可能在原始時代存在。

鮑姆(Baum)也是威斯康星研究所的發現研究員。發現。

研究小組將他們的原始湯料與細顆粒的黃鐵礦混合，黃鐵礦是鐵和硫的礦物，也被稱為傻瓜的黃金。根據德國化學家GünterWächtershäuser1988年提出的化學演化建議，鮑姆的研究小組認為黃鐵礦是培養栩栩如生的化學反應的理想材料。

鮑姆實驗室的研究生，研究的主要作者莉娜·文森特說：“黃鐵礦是原始地球上的一種常見礦物質，它可以與許多有機化合物結合，并且可以催化它們之間的反應。” “而且，非常優雅地，生命中許多高度保守的酶的核心與黃鐵礦非常相似。它們基本上是包裹在蛋白質中的黃鐵礦。”

研究人員在小瓶中的少量碎黃鐵礦中添加了幾滴濃縮海水湯，并將溶液混合了幾天。這是第一代。為了開始下一代，Vincent吸收了少量的第一種溶液，并將其與新鮮的湯和黃鐵礦混合到一個小瓶中。在十幾代或更多的世代中，只有那些傳播速度可能比其稀釋速度快的化學網絡才能生存和傳播。

在12或18代之后，研究人員發現有效磷酸鹽(一種ATP的使用)和溶解的有機物質的含量下降，這表明化學物質可能會粘附并沿黃鐵礦晶粒擴散。

當他們以超高倍率檢查黃鐵礦時，研究人員在實驗樣品中發現大量的分形形狀沿礦物表面擴散，但在沒有選擇歷史的對照樣品中卻沒有。

盡管這些分形看起來像是鹽，但它們本身并不像栩栩如生，但研究人員懷疑它們可能是由與谷物結合的有機化合物的薄薄涂片引起的。當有機物質不留在溶液中時，分形就不會出現。

東京工業大學地球生命科學研究所(ELSI)的合著者吉姆·克萊夫斯(Jim Cleaves)說：“長期以來，科學家一直在尋找能使有機化學物自發復雜化和組織的反應實例。”日本。“基于這項工作，以及我們在ELSI進行的其他實驗，看來這種反應可能根本不是非常罕見，這可能只是使用正確工具找到它們的問題。”

當研究人員將實驗進行40代時，他們觀察到逐漸變化的時期被突然顛倒到起始條件所穿插。盡管這些碰撞的原因仍然未知，但這種非線性反饋回路在整個生命過程中都被發現，并且證明了實驗系統在化學湯中引起了復雜的行為。

Vincent說：“這種非線性是我們正在尋找的所有有趣的逼真的行為(包括自我傳播和進化)的先決條件。” 鮑姆和他的團隊對最初的成功感到非常興奮，現在他們急于招募其他人來幫助他們完善他們的系統。

鮑姆說：“我們想開發一個系統，我們可以對其進行進一步的探索，以解決有關可演化性的問題。希望其他實驗室可以使用該協議并對其進行改進。” “這正是我們想要成為的地方。”