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混沌流与生命起源
德州农工大学研究团队发现了一个物理机制，可能有助于回答与生命起源有关的重要问题之一：基础生命物质从何而来？
在热液条件下，混沌对流会加速层间物质运送。Credit: Proceedings of the National Academy of Sciences
该研究团队由Charles D. Holland '53教授所有者Victor Ugaz博士领导，还包括了Sallie & Don Davis '61教授所有者Yassin A. Hassan博士。
科学家早就知道生命的基本组成物质——氨基酸，核碱基以及糖类存在于早期的海洋中，虽然浓度较低。要产生生命，需要结合这些基本物质，产生长链大分子。因此在生命起源中，鉴定驱动这些合成作用的机制和过程是一个重要的问题。
Ugaz说道：“在早期海洋中，这些基础物质就已经稀疏地存在了。问题在于他们是如何结合的。因此一个研究热点就是探寻使这些物质丰富到可以开始形成更长链、更复杂的分子的浓缩机制。”
在发表在近期的美国国家科学院学报上的文章中，德州农工大学研究团队描述了一种物理机制，使得稀疏的基本生命物质结合为长链大分子。
研究团队创建了一个柱形容器的模拟系统，模仿在近期发现的新型深海热泉附近找到的孔隙结构。热泉喷口内的温度梯度就像是平常熔岩灯的作用，驱动液体在细微的孔隙空间中循环。团队惊讶地发现其中的流动方式十分复杂和混乱，即每条路径都遵循一个大致的通用模式，但没有两条轨迹是一样的。这一发现使得研究者有可能鉴定何种流动条件才能均匀化热液喷口中的各种有机分子，同时将各种有机分子输送到活性催化空隙中进行反应。
Credit: Victor Ugaz
Ugaz称，有一种简单的方法可以描述这种现象：“假设你正在搅拌咖啡，放入了一些奶油或者是某些会粘住内壁的东西。当你以一种特定的方式搅拌时，立刻会发生两件事：你正在混合大多数液体，但你也在把它带到杯子表面的某个位置。”
原图：https://68.media.tumblr.com/tumblr_m52ec1PV441qcmibao1_500.gif
这种流动发生在自然热液孔隙网络中，是一种有趣的机制，可以解释早期海洋中稀疏的有机前驱物是怎么组成复杂的生物大分子的。这也是地球生命起源和发现类似热液环境的地外系统中尚未回答的关键问题之一。除此之外，该研究还有其他方面的重要意义。
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除了生命和益生元化学物质，在这些环境中还有大量不同过程可以被催化。首先，多孔构造有助于将二氧化碳转化为各种碳酸盐，不过尚不能完全描述其中蕴含的精确机制。然而，本研究的结果表明混沌流可能有助于描述这种现象。
进一步的，由于很好地理解了混沌流及其在表面驱动化学反应的机理，那么研究者就可以设计一种新型的反应器。由于液流依赖于温差，这样的反应器可以是完全被动的，可利用废热驱动反应。