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化学世界的未解之谜-【新闻】

发布时间:2021-04-05 22:12:30 阅读: 来源:车刀厂家

1 生命从何而来?

生命从何而来?

有研究者推断,在第一种能够自我复制的聚合物(类似DNA或蛋白质一类的分子,是由许多更小单位构成的长链)的形成过程中,泥土等矿物质可能起到了催化剂的作用。还有人认为,正是因为深海热泉源源不断地提供能量,才会产生结构复杂的化学物质。

我们现在要做的就是,找到一种方法,在加热的试管里面触发化学反应,验证上面提到的那些假说。科学家已经取得了一些进展,他们的研究表明,一些化学物质可以自发排列,形成更加复杂的结构——例如氨基酸,还有众所周知的核苷酸(nucleotides,DNA的组成单元)。2009年,现供职于英国医学研究委员会剑桥分子生物学实验室的约翰·萨瑟兰德(John Sutherland)所带领的团队已经证实,在“原始汤”中,确实可能存在自发的核苷酸合成过程。

其他一些科学家则着重研究了特定RNA类似于酶的催化特性,为“RNA世界假说”提供了一些证据。通过这些步骤,科学家也许可以弄清楚,无生命物质如何转变成能自我复制、自我维持的系统,从而填补生命进化史上的这个缺失环节。这些发现促使化学家展开想象,去创想原始生命可能的化学构成。

2 分子如何形成?

分子如何形成?

在高中化学课本里面,分子结构可算是最主要的内容之一。但是,这些看上去由“球”(代表原子)和“棍”(代表化学键)构成的模型已经有些年头了。并不是没有更新的模型,问题在于,科学家在更为准确的分子外观模型方面,并未取得一致意见。

近100年后,分子轨道模型成为认可度最高的一种。但对于这种模型是否研究分子的最佳工具,化学家仍然没有达成一致。原因在于,这类分子模型,以及其他所有简化了的假想模型都不够精确,只能部分描述分子结构。事实上,分子就是电子云中的一团原子核,并通过相反的静电力,与另外一团原子核进行着一场永不停止的“拔河游戏”,而且所有的组成部分都在不停地运动和重组。现有的分子模型通常试图将这样一种处于动态的实体变为静态,并且明确各个组分之间的关系,这种做法会显示出分子的一些突出性质,但同时也会将其他信息忽略掉。

现在,科学家可以根据量子第一性原理(quantum firstprinciples),通过计算机模拟来计算分子的结构和性质——只要电子数量相对较少,就能获得精确度很高的结果。“计算化学可以极度现实化和复杂化,”马克斯说。因此,计算机模拟越来越被看作是一种虚拟实验,用来预测一个化学反应的过程。但是,一旦某个反应的模拟计算不再局限于几十个电子,计算量就将变得巨大无比,即使最先进的计算机恐怕也无法胜任。因此,我们面临的挑战将会是能否放大模拟范围,比如细胞中的复杂分子过程或某些复杂材料的分子结构。

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