很少有问题像地球生命的起源一样引起人类的兴趣。第一批活细胞是如何出现的？是什么使这些原始原细胞能够创造出细胞生存和演化成复杂生物所必需的基本膜？最近的研究揭示了一种基于两种简单分子相互作用的可信解释。
很少有问题像地球生命的起源一样引起人类的兴趣。第一批活细胞是如何出现的？是什么使这些原始原细胞能够创造出细胞生存和演化成复杂生物所必需的基本膜？
加利福尼亚大学圣地亚哥分校的化学和生物化学教授尼尔·德瓦拉吉实验室的最新发现提供了一种合理的解释，涉及两种基本分子之间的反应。这项研究已发表在《自然化学》上。
脂质膜是地球生命的基本要素；它们构成了细胞的结构，为细胞内部操作提供了空间，并支持各种生化反应。虽然脂质是由长链脂肪酸构成的，但尚不清楚这些初始细胞膜是如何由数十亿年前地球上存在的更简单的分子建立起来的。
研究人员相信，早期地球上存在短链脂肪分子，含有少于10个碳-碳键（而复杂的脂肪分子可能接近20个键）。然而，长链脂肪分子对于创建囊泡是必要的，囊泡是容纳细胞复杂机制的隔间。
尽管可以设想简单的脂肪分子可以自发地创建脂质隔间，但它们需要的浓度在前生物地球上可能并不存在——那是一个可能适合生命的时期，但当时并没有生命形式存在。
“乍一看，这似乎不是一项突破性的发现，因为脂质合成通常需要酶，”德瓦拉吉说，他同时担任化学和生物化学的穆雷·古德曼教授。“但在四十亿年前，没有酶。然而，不知怎么的，这些原始原细胞结构出现了。机制是什么？这正是我们旨在澄清的。”
为了研究这些早期脂质膜的起源，德瓦拉吉的团队从两种基本分子开始：一种叫半胱氨酸的氨基酸和一种短链胆碱硫酯，它类似于脂肪酸形成和分解生化过程中涉及的分子。
研究人员使用硅玻璃作为矿物催化剂，因为带负电的硅被带正电的硫酯吸引。在硅表面，半胱氨酸和硫酯自然而然地反应形成脂质，产生了类似原细胞的膜囊泡，足够稳定以支持生化反应。这是在更低浓度下发生的，而没有催化剂时所需浓度更高。
“我们研究的一部分涉及理解生命如何在没有先前生命的情况下出现。物质到生命的初始过渡是如何发生的？”德瓦拉吉解释道。“我们提供了一种可能的解释，说明可能发生了什么。”
完整作者名单：Christy J. Cho，Taeyang An，Alessandro Fracassi，Roberto J. Brea 和 Neal K. Devaraj（均来自加利福尼亚大学圣地亚哥分校）；Yei-Chen Lai，Alberto Vázquez-Salazar 和 Irene A. Chen（均来自加州大学洛杉矶分校）。
这项研究得到了国家科学基金会（EF-1935372）和国家卫生研究院（R35-GM141939）的资助。
