自复制体涌现条件的设计

自复制体通常被理解为一种具有确定形态的物体，它能促进将环境中的物质转化为几乎与自身相同的副本。近年来，设计新型微米或纳米尺度自复制体的挑战引起了人们的浓厚兴趣，这既因为指数扩增是产生特定产物高产量的有吸引力方法，也因为自复制实体有可能通过多轮迭代选择进行优化或适应。在特定自复制分子的工程化以及表征自复制可能机制的物理基础方面，均已取得实质性进展。然而，目前仍需要一种理论处理，以阐明何种物理条件最有利于在期望的时间尺度上从构建块库中涌现出新型自复制结构。在此，我们报告了在满足这一需求方面的进展。通过分析一类通用异质粒子混合物的动力学（其反应速率源于基本的物理相互作用），我们证明自复制的自发发现受化学空间中相对通用的特征控制，即：反应时间尺度和束缚态能量分布的离散度。基于此分析，我们提供了定量标准，可帮助实验者在设计能够产生自复制体的系统时，以及估计指数增长可能开始的时间尺度时提供参考。