在地球生命開始之前，環(huán)境中可能含有大量的化學(xué)物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)或多或少是隨機相互作用的。目前，還不清楚像細胞這樣復(fù)雜的物質(zhì)是如何從這種化學(xué)混亂中出現(xiàn)的。
現(xiàn)在，由東京工業(yè)大學(xué)地球生命科學(xué)研究所(ELSI)的托尼賈(Tony Z. Jia)和馬來西亞國立大學(xué)的庫漢錢德魯(Kuhan Chandru)領(lǐng)導(dǎo)的團隊已經(jīng)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(zhì)。與大多數(shù)現(xiàn)代細胞不同，這些液滴可以很容易地融合和轉(zhuǎn)化，因此它們可以適應(yīng)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(guān)重要。
來自世界各地的科學(xué)家正在積極努力，以了解生命的起源。地球上所有的現(xiàn)代生命，從細菌到人類，都是由細胞組成的。細胞由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸組成。脂質(zhì)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(fù)雜仍然是個謎。
大多數(shù)生命研究的起源集中在當代生命中存在的分子和結(jié)構(gòu)是如何由環(huán)境產(chǎn)生，然后組裝成導(dǎo)致第一個細胞的結(jié)構(gòu)。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(xiàn)代生物分子無關(guān)的非常簡單的化學(xué)，然后通過越來越復(fù)雜的階段進化，產(chǎn)生現(xiàn)代細胞中發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。
先前在ELSI的研究表明，隕石中發(fā)現(xiàn)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(xué)模擬后會自發(fā)聚合成聚酯混合物。在這項工作的基礎(chǔ)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(yīng)。發(fā)現(xiàn)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(jié)構(gòu)。
這項工作最具挑戰(zhàn)性的方面是設(shè)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(xué)科專業(yè)知識，包括化學(xué)家、生物化學(xué)家、材料科學(xué)家和地質(zhì)學(xué)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(jié)構(gòu)是否能制造化學(xué)上有用的東西?，F(xiàn)代細胞膜執(zhí)行許多關(guān)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(nèi)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(jié)構(gòu)從環(huán)境中分離分子的能力，發(fā)現(xiàn)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(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(xiàn)，他們發(fā)現(xiàn)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(yīng)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(xiàn)的復(fù)雜化學(xué)物質(zhì)的各種化學(xué)系統(tǒng)的演化。
“早期的地球在化學(xué)上一定是一個混亂的地方，”賈解釋道?！巴ǔ?，大多數(shù)生命起源研究都集中在相對“干凈”條件下的現(xiàn)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(jié)構(gòu)，可以自發(fā)產(chǎn)生。”作者現(xiàn)在認為，通過系統(tǒng)地增加這些系統(tǒng)的化學(xué)復(fù)雜性，他們將能夠觀察它們?nèi)绾坞S著時間的推移而發(fā)展，并可能發(fā)現(xiàn)不同的和新出現(xiàn)的特性。
“我們現(xiàn)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(xiàn)象。這些液滴可能具有的結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(chǔ)研究可以應(yīng)用于其他領(lǐng)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(xué)家團隊聚集在一起，試圖理解新的有趣的現(xiàn)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：
免責聲明：本文由用戶上傳，如有侵權(quán)請聯(lián)系刪除！