一组研究人员研究了膜的特性,以了解这些细胞结构如何影响地球上生命化学的起源。
生命是如何产生的仍然是科学中的一个悬而未决的问题,研究人员试图通过研究当今生命的共同特征来寻找答案。一切生物体都是由细胞构成的,最早的细胞与环境中发生的化学反应的不同之处在于膜。通过调查这些早期膜可能具备的特性,科学家可以更好地理解生命是如何开始并演变成今天我们所拥有的多样性生物。
膜的重要特性是它们允许什么物质通过以及阻止什么物质进入细胞。这影响到与细胞维持正常运转的生物过程相关的分子。研究人员关注了对所有生命至关重要的几种类型的分子:构成DNA和RNA骨架的糖以及被称为氨基酸的蛋白质构建块。研究人员对这些分子感兴趣,不仅因为它们在生命中无处不在,还因为它们以特定方式扭曲。
生物分子具有一种称为手性(chirality)的特性,这指的是分子的旋转方式。这就像比较你的左手和右手。你的手由相同的结构组成,基本上以相同的方式组织,但翻转后并不相同。在生物学中,手性对于分子如何相互作用非常重要。例如,DNA和RNA中的所有糖必须具有相同的手性(都为右手型),才能组装成DNA或RNA链的骨架。然而,生命为什么选择一种手性而不是另一种仍然是一个悬而未决的问题。
研究人员提出,早期膜可能在选择今天所有生命使用的右手糖和左手氨基酸中发挥了关键作用。他们分析了什么可以通过具有类似古菌特性的膜。研究人员还测试了他们设计的一种膜,该膜混合了古菌和细菌的特性。在这两种类型的膜中,右手DNA和RNA糖更容易通过,而左手版本则难以渗透。
氨基酸之间的变异性更大。一些左手氨基酸更可能通过具有混合细菌和古菌特性的膜。这包括被认为是生命使用的第一种氨基酸之一的丙氨酸。虽然这项研究并没有完全描绘出我们今天细胞使用的氨基酸,但这些发现表明膜的差异如何强烈影响哪些氨基酸能够通过。由于所研究的膜只是对地球上第一种生命可能被包裹的膜的近似,因此可能存在其他尚未发现的最早膜的特性,影响我们现在认为最基本的分子。
作者补充道:“所有已知生命使用特定的立体化学:左手氨基酸和右手DNA。理解这一点如何演变是理解生命起源的一个长期未解之谜。我们的实验表明,特定类型的膜——包围细胞的结构——充当筛子,选择生命所使用的立体化学。”