巖石孔隙氣泡或是早期地球生命搖籃

2021-12-08 01:08:00 來源: 科技日報 作者: 李山

科技日報記者 李山

近日,德國科研人員在生命起源的相關研究中取得新進展。他們開發了一個模擬早期地球火山活動產生的不平衡環境,驗證了加熱的巖石孔隙內的氣泡能夠驅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。相關論文6日發表在《自然·化學》雜志上。


用熒光顯微鏡觀察與氣泡接觸的原始細胞。凝聚層微滴可以有效模擬早期地球上最早出現的原始細胞,并研究生命的最初階段是如何進化的。
圖片來源:物理學家組織網相關報道

35億年前,地球早期的生命是從哪里以及如何產生的?這個問題對于科學家來說一直是個挑戰。生命起源的環境是研究人員尋求突破的一個方向。地球上首個細胞出現的一個基本先決條件是,它們能夠形成隔室并進一步發育,以實現最初的化學反應。無膜凝聚微滴被認為非常符合原始細胞的描述,它具有分裂、濃縮分子和支持生化反應的能力,但科學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,德國馬普分子細胞生物學和遺傳學研究所朵拉·唐的研究團隊就發現,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展提供了合適的化學環境。但當時的實驗是在一個簡單的水環境中進行的,不是一個可不斷分裂和生長的環境。于是,該研究團隊與慕尼黑大學系統生物物理學教授迪特·布勞恩進行合作。布勞恩團隊開發了一種不平衡的環境,在這種環境中,多種反應可同時發生,細胞也可進一步發育。

聯合研究團隊開發的環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胞是否會進一步分裂和發育。

實驗中,研究人員不僅觀察到分子和原始細胞遷移到氣水界面,便于糖、氨基酸和RNA形成更大的原始細胞,還觀察到原始細胞可分裂和解體。這些結果可能是早期地球上無膜原始細胞生長和分裂的一種機制。此外,研究還發現,加熱的巖石孔隙內的氣泡擾亂了凝聚層原始細胞的分布,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成分、大小和物理性質的原始細胞。因此,這種環境中的熱梯度可能是無膜原始細胞的進化選擇過程。

對于模擬和研究早期地球上的首個原始細胞來說,復合凝聚層微滴是一個合適的模型。凝聚層原始細胞的融合、分裂和維持對于區室化分子的進化至關重要。研究人員總結道:“這項工作首次表明,加熱的巖石孔隙內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查生命起源的可能環境和條件?!?/p>

責任編輯: 常麗君
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