ELSI科学家发现了可能有助于解释细胞生命起源的新化学

在地球生命开始之前，环境中可能含有大量的化学物质，这些化学物质或多或少是随机相互作用的。目前，还不清楚像细胞这样复杂的物质是如何从这种化学混乱中出现的。

现在，由东京工业大学地球生命科学研究所(ELSI)的托尼贾(Tony Z. Jia)和马来西亚国立大学的库汉钱德鲁(Kuhan Chandru)领导的团队已经证明了简单的-羟基酸，如乙醇酸和乳酸。(常用于商店买来的面团)，中温干燥后，自发聚合自组装成聚酯液滴，然后在原来的沙滩和河岸或干水坑中再水化。它们形成了一个新的细胞样隔室，可以捕获和浓缩生物分子，如核酸和蛋白质。与大多数现代细胞不同，这些液滴可以很容易地融合和转化，因此它们可以适应多功能的早期遗传和代谢系统，这些系统对生命的起源可能至关重要。

来自世界各地的科学家正在积极努力，以了解生命的起源。地球上所有的现代生命，从细菌到人类，都是由细胞组成的。细胞由脂质、蛋白质和核酸组成。脂质形成细胞膜，外壳将其他成分保持在一起，并与环境接触，交换食物和废物。这些分子如何像最初形成的细胞一样复杂仍然是个谜。

大多数生命研究的起源集中在当代生命中存在的分子和结构是如何由环境产生，然后组装成导致第一个细胞的结构。然而，在地球早期，可能有许多其他类型的分子与生物分子一起形成，有可能生命开始使用与现代生物分子无关的非常简单的化学，然后通过越来越复杂的阶段进化，产生现代细胞中发现的结构。

先前在ELSI的研究表明，陨石中发现的简单有机化合物(称为-羟基酸)在中温干燥和许多仿生化学模拟后会自发聚合成聚酯混合物。在这项工作的基础上，贾和她的同事们进行了下一步，并在显微镜下检查了这些反应。发现这些混合聚酯体系在再润湿时形成凝胶相并自发自组装形成简单的胞状结构。

这项工作最具挑战性的方面是设计新的方法来表征液滴的特性和功能，因为以前没有人分析过这个系统。贾指出，该团队有幸拥有多元化的多学科专业知识，包括化学家、生物化学家、材料科学家和地质学家。在确定了它们的组成并显示出它们的自组装趋势后，下一个问题是这些细胞状结构是否能制造化学上有用的东西。现代细胞膜执行许多关键功能，有助于维持细胞；例如，将大分子和代谢物保持在一个地方并提供恒定的内部环境可能与细胞外环境有很大不同。

然后，他们测试了这些结构从环境中分离分子的能力，发现它们在很大程度上积累了大量的染料分子。然后他们表明，这些液滴还可以携带RNA和蛋白质分子，并且仍然使它们具有功能性催化作用。此外，研究小组表明，液滴可以帮助在其表面形成脂质层，这表明它们可能有助于支架原型细胞的形成。

贾和他的同事不确定这些结构是细胞的直接祖先，但他们认为这种液滴可能使地球上的原始细胞聚集成为可能。他们发现，他们发现的新区域化系统非常简单，在整个宇宙的原始环境中很容易形成。贾说：“这使我们能够想象早期地球上的非生物系统，这仍然有助于地球上生命的起源。这表明可能还有许多其他非生物系统应该成为未来研究的目标。这种类型。”他认为，开发这些或类似的模型系统可以更好地研究代表原始行星上可能发现的复杂化学物质的各种化学系统的演化。

“早期的地球在化学上一定是一个混乱的地方，”贾解释道。“通常，大多数生命起源研究都集中在相对“干净”条件下的现代生物分子。也许重要的是，把这些“混乱”的混合物，看看是否有有趣的功能或结构，可以自发产生。”作者现在认为，通过系统地增加这些系统的化学复杂性，他们将能够观察它们如何随着时间的推移而发展，并可能发现不同的和新出现的特性。

“我们现在可以使用这个新的实验系统，这样我们就可以开始研究这些液滴的演化和演化现象。这些液滴可能具有的结构或功能的可能组合几乎是无穷无尽的。如果控制液滴形成的物理规则在自然界中相当普遍，那么我们希望研究类似的系统，以发现它们是否也能形成具有新特征的液滴，”贾补充道。

最后，尽管该团队目前专注于了解生命的起源，但他们指出，这项基础研究可以应用于其他领域，如药物输送和个性化医疗。“这只是一个很好的例子，说明当来自世界各地的不同科学家团队聚集在一起，试图理解新的有趣的现象时，项目可以以意想不到的方式发展，”ELSI团队成员吉姆克里维斯说。

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