科技日?qǐng)?bào)記者 李山
近日，德國科研人員在生命起源的相關(guān)研究中取得新進(jìn)展。他們開發(fā)了一個(gè)模擬早期地球火山活動(dòng)產(chǎn)生的不平衡環(huán)境，驗(yàn)證了加熱的巖石孔隙內(nèi)的氣泡能夠驅(qū)動(dòng)凝聚層微滴的生長、融合、分裂和選擇，為早期地球上無膜凝聚層微滴的演化提供了令人信服的場景。相關(guān)論文6日發(fā)表在《自然·化學(xué)》雜志上。
用熒光顯微鏡觀察與氣泡接觸的原始細(xì)胞。凝聚層微滴可以有效模擬早期地球上最早出現(xiàn)的原始細(xì)胞，并研究生命的最初階段是如何進(jìn)化的。圖片來源：物理學(xué)家組織網(wǎng)相關(guān)報(bào)道
35億年前，地球早期的生命是從哪里以及如何產(chǎn)生的？這個(gè)問題對(duì)于科學(xué)家來說一直是個(gè)挑戰(zhàn)。生命起源的環(huán)境是研究人員尋求突破的一個(gè)方向。地球上首個(gè)細(xì)胞出現(xiàn)的一個(gè)基本先決條件是，它們能夠形成隔室并進(jìn)一步發(fā)育，以實(shí)現(xiàn)最初的化學(xué)反應(yīng)。無膜凝聚微滴被認(rèn)為非常符合原始細(xì)胞的描述，它具有分裂、濃縮分子和支持生化反應(yīng)的能力，但科學(xué)家們尚未能證明這些微滴是如何進(jìn)化以促進(jìn)地球上的生命的。
早在2018年，德國馬普分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所朵拉·唐的研究團(tuán)隊(duì)就發(fā)現(xiàn)，簡單核糖核酸（RNA）在無膜微滴中具有活性，這些微滴為生命的發(fā)展提供了合適的化學(xué)環(huán)境。但當(dāng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)是在一個(gè)簡單的水環(huán)境中進(jìn)行的，不是一個(gè)可不斷分裂和生長的環(huán)境。于是，該研究團(tuán)隊(duì)與慕尼黑大學(xué)系統(tǒng)生物物理學(xué)教授迪特·布勞恩進(jìn)行合作。布勞恩團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種不平衡的環(huán)境，在這種環(huán)境中，多種反應(yīng)可同時(shí)發(fā)生，細(xì)胞也可進(jìn)一步發(fā)育。
聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的環(huán)境代表了早期地球上的一種可能情景，即火山活動(dòng)附近水中的多孔巖石被部分加熱。研究人員在實(shí)驗(yàn)中使用帶有氣泡的含水孔隙和帶有冷熱極的溫度梯度來觀察原始細(xì)胞是否會(huì)進(jìn)一步分裂和發(fā)育。
實(shí)驗(yàn)中，研究人員不僅觀察到分子和原始細(xì)胞遷移到氣水界面，便于糖、氨基酸和RNA形成更大的原始細(xì)胞，還觀察到原始細(xì)胞可分裂和解體。這些結(jié)果可能是早期地球上無膜原始細(xì)胞生長和分裂的一種機(jī)制。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，加熱的巖石孔隙內(nèi)的氣泡擾亂了凝聚層原始細(xì)胞的分布，并推動(dòng)了凝聚層微滴的生長、融合、分裂和選擇。由于熱梯度，形成了幾種具有不同化學(xué)成分、大小和物理性質(zhì)的原始細(xì)胞。因此，這種環(huán)境中的熱梯度可能是無膜原始細(xì)胞的進(jìn)化選擇過程。
對(duì)于模擬和研究早期地球上的首個(gè)原始細(xì)胞來說，復(fù)合凝聚層微滴是一個(gè)合適的模型。凝聚層原始細(xì)胞的融合、分裂和維持對(duì)于區(qū)室化分子的進(jìn)化至關(guān)重要。研究人員總結(jié)道：“這項(xiàng)工作首次表明，加熱的巖石孔隙內(nèi)的氣泡可能是早期地球上形成無膜凝聚微滴的決定性場景。未來的研究可進(jìn)一步調(diào)查生命起源的可能環(huán)境和條件。”
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