近日，德國科研人員在生命起源的相關(guān)研究中取得新進展。他們開發(fā)了一個模擬早期地球火山活動產(chǎn)生的不平衡環(huán)境，驗證了加熱的巖石孔隙內(nèi)的氣泡能夠驅(qū)動凝聚層微滴的生長、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化的。
35億年前，地球早期的生命是從哪里以及如何產(chǎn)生的?這個問題對于科學(xué)家來說一直是個謎。生命起源的環(huán)境是研究人員尋求突破的一個方向。地球上最早的細(xì)胞出現(xiàn)的一個基本先決條件是，它們能夠形成隔室并進一步發(fā)育，以實現(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化以促進地球上的生命的。
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·唐的研究團隊就發(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)時的實驗是在一個簡單的水環(huán)境中進行的，不是一個可不斷分裂和生長的環(huán)境。于是，該研究團隊與慕尼黑大學(xué)系統(tǒng)生物物理學(xué)教授迪特·布勞恩進行合作。布勞恩團隊開發(fā)了一種不平衡的環(huán)境，在這種環(huán)境中，多種反應(yīng)可同時發(fā)生，細(xì)胞也可進一步發(fā)育。
聯(lián)合研究團隊開發(fā)的環(huán)境代表了早期地球上的一種可能情景，即火山活動附近水中的多孔巖石被部分加熱。研究人員在實驗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)胞是否會進一步分裂和發(fā)育。
實驗中，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)胞的進化選擇過程。
對于模擬和研究早期地球上的首個原始細(xì)胞來說，復(fù)合凝聚層微滴是一個合適的模型。凝聚層原始細(xì)胞的融合、分裂和維持對于區(qū)室化分子的進化至關(guān)重要。研究人員總結(jié)道：“這項工作首次表明，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。未來的研究可進一步調(diào)查生命起源的可能環(huán)境和條件。”
