ELSI科學家發(fā)現了可能有助于解釋細胞生命起源的新化學

在地球生命開始之前，環(huán)境中可能含有大量的化學物質，這些化學物質或多或少是隨機相互作用的。目前，還不清楚像細胞這樣復雜的物質是如何從這種化學混亂中出現的。

現在，由東京工業(yè)大學地球生命科學研究所(ELSI)的托尼賈(Tony Z. Jia)和馬來西亞國立大學的庫漢錢德魯(Kuhan Chandru)領導的團隊已經證明了簡單的-羥基酸，如乙醇酸和乳酸。(常用于商店買來的面團)，中溫干燥后，自發(fā)聚合自組裝成聚酯液滴，然后在原來的沙灘和河岸或干水坑中再水化。它們形成了一個新的細胞樣隔室，可以捕獲和濃縮生物分子，如核酸和蛋白質。與大多數現代細胞不同，這些液滴可以很容易地融合和轉化，因此它們可以適應多功能的早期遺傳和代謝系統(tǒng)，這些系統(tǒng)對生命的起源可能至關重要。

來自世界各地的科學家正在積極努力，以了解生命的起源。地球上所有的現代生命，從細菌到人類，都是由細胞組成的。細胞由脂質、蛋白質和核酸組成。脂質形成細胞膜，外殼將其他成分保持在一起，并與環(huán)境接觸，交換食物和廢物。這些分子如何像最初形成的細胞一樣復雜仍然是個謎。

大多數生命研究的起源集中在當代生命中存在的分子和結構是如何由環(huán)境產生，然后組裝成導致第一個細胞的結構。然而，在地球早期，可能有許多其他類型的分子與生物分子一起形成，有可能生命開始使用與現代生物分子無關的非常簡單的化學，然后通過越來越復雜的階段進化，產生現代細胞中發(fā)現的結構。

先前在ELSI的研究表明，隕石中發(fā)現的簡單有機化合物(稱為-羥基酸)在中溫干燥和許多仿生化學模擬后會自發(fā)聚合成聚酯混合物。在這項工作的基礎上，賈和她的同事們進行了下一步，并在顯微鏡下檢查了這些反應。發(fā)現這些混合聚酯體系在再潤濕時形成凝膠相并自發(fā)自組裝形成簡單的胞狀結構。

這項工作最具挑戰(zhàn)性的方面是設計新的方法來表征液滴的特性和功能，因為以前沒有人分析過這個系統(tǒng)。賈指出，該團隊有幸擁有多元化的多學科專業(yè)知識，包括化學家、生物化學家、材料科學家和地質學家。在確定了它們的組成并顯示出它們的自組裝趨勢后，下一個問題是這些細胞狀結構是否能制造化學上有用的東西。現代細胞膜執(zhí)行許多關鍵功能，有助于維持細胞；例如，將大分子和代謝物保持在一個地方并提供恒定的內部環(huán)境可能與細胞外環(huán)境有很大不同。

然后，他們測試了這些結構從環(huán)境中分離分子的能力，發(fā)現它們在很大程度上積累了大量的染料分子。然后他們表明，這些液滴還可以攜帶RNA和蛋白質分子，并且仍然使它們具有功能性催化作用。此外，研究小組表明，液滴可以幫助在其表面形成脂質層，這表明它們可能有助于支架原型細胞的形成。

賈和他的同事不確定這些結構是細胞的直接祖先，但他們認為這種液滴可能使地球上的原始細胞聚集成為可能。他們發(fā)現，他們發(fā)現的新區(qū)域化系統(tǒng)非常簡單，在整個宇宙的原始環(huán)境中很容易形成。賈說：“這使我們能夠想象早期地球上的非生物系統(tǒng)，這仍然有助于地球上生命的起源。這表明可能還有許多其他非生物系統(tǒng)應該成為未來研究的目標。這種類型。”他認為，開發(fā)這些或類似的模型系統(tǒng)可以更好地研究代表原始行星上可能發(fā)現的復雜化學物質的各種化學系統(tǒng)的演化。

“早期的地球在化學上一定是一個混亂的地方，”賈解釋道。“通常，大多數生命起源研究都集中在相對“干凈”條件下的現代生物分子。也許重要的是，把這些“混亂”的混合物，看看是否有有趣的功能或結構，可以自發(fā)產生?！弊髡攥F在認為，通過系統(tǒng)地增加這些系統(tǒng)的化學復雜性，他們將能夠觀察它們如何隨著時間的推移而發(fā)展，并可能發(fā)現不同的和新出現的特性。

“我們現在可以使用這個新的實驗系統(tǒng)，這樣我們就可以開始研究這些液滴的演化和演化現象。這些液滴可能具有的結構或功能的可能組合幾乎是無窮無盡的。如果控制液滴形成的物理規(guī)則在自然界中相當普遍，那么我們希望研究類似的系統(tǒng)，以發(fā)現它們是否也能形成具有新特征的液滴，”賈補充道。

最后，盡管該團隊目前專注于了解生命的起源，但他們指出，這項基礎研究可以應用于其他領域，如藥物輸送和個性化醫(yī)療。“這只是一個很好的例子，說明當來自世界各地的不同科學家團隊聚集在一起，試圖理解新的有趣的現象時，項目可以以意想不到的方式發(fā)展，”ELSI團隊成員吉姆克里維斯說。

標簽：