正电荷和负电荷分子的无膜模块可以将RNA分子聚集在密集的液滴中，使RNA能够参与基本的化学反应。
这些被称为“复合凝聚层”的成分也增强了一些核糖核酸分子本身作为酶的能力——这些酶驱动化学反应。他们通过浓缩核糖核酸酶、底物和反应所需的其他分子来做到这一点。测试和观察这些凝聚层的结果为重建地球生命起源所需的一些早期步骤提供了线索，这些步骤被称为益生元“RNA世界”。1月30日，宾夕法尼亚州立大学的科学家发表了一篇描述这项研究的论文。
“我们感兴趣的是你如何从一个没有生命的世界走向一个有生命的世界，”宾夕法尼亚州立大学化学、生物化学和分子生物学的杰出教授、这篇论文的资深作者之一Philip C. Bevilacqua说。“人们可以想象这个过程有很多步骤，但我们没有考虑最基本的步骤。我们对接下来的步骤很感兴趣，看看RNA分子是如何从它们的基本构件形成的，如果这些RNA分子可以在没有蛋白质的情况下驱动生命所需的反应。”
我们今天所知道的生命通常需要遗传物质——脱氧核糖核酸，它首先被转录成核糖核酸。这两种分子携带蛋白质生产的信息，这是生命大多数功能所必需的，包括产生新的遗传物质。这就为早期地球上的生命起源设置了“鸡和蛋”的困境。DNA需要产生蛋白质，但蛋白质需要产生DNA。
“RNA——或者类似的东西——一直被认为是解决这一困境的关键，”居住在宾夕法尼亚州立大学的西蒙斯起源研究员、这篇论文的第一作者Raghav R. Poudyal说。“RNA分子携带遗传信息，但也可以作为酶来催化生命早期所需的化学反应。这一事实引出了这样一种观点，即地球上的生命经历了一个RNA在促进化学反应中发挥积极作用的阶段——“RNA世界”——自我复制的RNA分子携带遗传信息，并执行目前通常由蛋白质执行的功能。”
地球上生命的另一个共同特征是，它分为细胞，通常有外膜，或细胞内较小的细胞。这些隔间确保生命化学反应的所有组成部分都很容易获得，但在益生元世界中，驱动可能导致生命的化学反应所需的核糖核酸或核糖核酸酶的构建模块可能很少，并漂浮在最初的汤里。
“你可以把这些核糖核酸酶想象成装配线上生产的汽车，”Poudyal说。“如果不在工厂的正确位置使用这些零件，装配线就不会运转。没有凝聚层，化学反应所需的成分太薄，彼此找不到，但在凝聚层中，酶需要工作的所有部分都在附近。”
因此，研究人员研究了在生命之前可能存在于地球上的各种物质，这些物质可以形成凝聚层——没有膜的原始细胞——然后允许关键功能，例如分离核糖核酸构建块，并将核糖核酸酶及其目标聚集在一起。
Poudyal说：“以前人们知道，RNA分子可以在含有高浓度镁的溶液中组装和拉长。“我们的工作表明，即使在没有镁的情况下，由一些材料制成的凝聚层也会使这种非酶模板介导的RNA组装成为可能。”
聚结层由带正电荷的分子聚胺和带负电荷的聚合物组成，它们聚集在一起，在溶液中形成无膜隔室。带负电荷的核糖核酸分子也被凝聚层中的多胺吸引。在凝聚层中，RNA分子的浓度比周围溶液的浓度高4000倍。通过将核糖核酸分子集中在凝聚层中，核糖核酸酶更有可能找到它们的目标来驱动化学反应。
“尽管我们测试的所有多胺都能参与富含RNA的液滴的形成，但它们支持RNA延伸的能力是不同的，”宾夕法尼亚州立大学化学教授、该论文资深作者Christine Keating说。"这些观察帮助我们理解不同无膜区室中的化学环境如何影响RNA反应."
Poudyal说：“虽然我们不能回头看地球上形成第一个生命所采取的确切步骤，但像我们可以在实验室中创造的那些凝结可能有助于促进化学反应，否则这是不可能的。
除了Bevilacqua、Poudyal和Keating，宾夕法尼亚州立大学的研究团队还包括丽贝卡m古思-梅兹勒、安德鲁j维尼斯和埃里卡a弗兰克尔。这项研究得到了西蒙斯基金会和美国宇航局的支持。
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