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生命出现的关键?新研究认为,泡沫

在地球上的生命出现之前,大约35亿年前,海洋是一个随机混合的分子汤。然后,不知何故,其中一些分子将自己排列成有序的DNA串,保护细胞壁,以及能够维持细胞存活和功能的微小器官状结构。但他们是如何完成这个组织的,长期以来一直让科学家们困惑不解。现在,慕尼黑的路德维希-马克西米利安大学的生物物理学家们认为他们有答案:泡泡。“KDSPE”“KDSPS”生命的开始不是瞬间的。早期的前体分子以某种方式转化为生命的组成部分,如RNA、DNA、盐和脂质。然后,这些分子组织起来形成细胞的第一个早期版本,然后成为第一个单细胞生物。“KDSPE”“KDSPs”“这是所有生物物种的基础,”路德维希-马克西米利安大学的Dieter Braun,这项研究的主要作者告诉Live Science。开始复制并在原始地球上拥有自己的生命,然而,所有的化学成分首先需要聚集在一起,布劳恩说,

在深海,许多科学家认为生命起源于深海,像脂质、RNA和DNA这样的分子可能已经存在;但即便如此,它们太分散了,任何有趣的事情都不会发生。

“分子会丢失。“它们扩散开来,”布劳恩说东京理工大学的化学家亨德森·克里夫斯告诉《生活科学》杂志:“这些反应不仅仅是它们自己发生的。”

科学家们一致认为,分子间的聚集和相互作用需要一定的力。研究人员只是不同意这种力是什么。

就是气泡进入的地方。

气泡在地球早期海景中无处不在。温暖的深海火山喷发出泡沫状的羽毛。那些通风的球体,落在多孔的火山岩上。这些都是布劳恩和他的同事们试图复制的条件。他们用模拟火山岩结构的多孔材料制造了一个容器,然后依次用六种不同的解决方案填充它,每种方案都模拟了生命形成过程中的不同阶段。一种溶液,代表了早期的步骤,含有一种叫做RAO的糖,这是构建核苷酸(RNA和DNA的组成部分)所必需的。其他代表后期的溶液含有RNA本身,以及构建细胞壁所需的脂肪。[7生命起源理论]

然后,研究人员将溶液一端加热,另一端冷却。他们正在创造一种称为“热梯度”的东西,在这种梯度中,温度从一端逐渐变化到另一端,类似于深海热喷口附近的水从热到冷逐渐变化的方式。

“它就像一个微型海洋,”布劳恩说。

在每种溶液中,温度的变化迫使这些分子聚集在一起,它们被吸引向在这些条件下自然形成的气泡。几乎立刻,他们开始反应。

糖形成晶体,一种RNA和DNA核苷酸的骨架。酸形成更长的链,朝着复杂的RNA样分子的形成又前进了一步。最后,这些分子将自己排列成类似简单细胞的结构。布劳恩说,在基本意义上,细胞是包裹在脂肪袋中的分子。这正是发生在他的气泡表面的情况:脂肪在RNA和其他分子周围呈球形排列。

最让布劳恩和他的同事惊讶的是,这些变化在30分钟内发生得多么迅速。

“我很惊讶,”他说。尽管这是他和他的同事们第一次专门研究气泡,但研究人员此前曾试图复制这些生物分子如何经历生命所需的复杂反应。他说,通常情况下,这些反应需要几个小时。

一些che然而,人们怀疑布劳恩的泡沫是原始环境的准确代表。布劳恩和他的同事在他们的溶液中植入了许多生命所需的复杂分子。斯克里普斯海洋学研究所的化学家Ramanarayanan Krishnamurthy告诉《生活科学》,即使是最简单的解决方案也代表了生命形成过程的后期阶段。这有点像用盒装混合物烤蛋糕,而不是从头开始。

相反,远古海洋可能没有合适的条件来形成这些初始分子,克里希那穆提说。

加上,气泡实验是在很小的规模上进行的。这很重要,因为这意味着从测试的一端到下一端的温度变化非常突然。实际上,海洋下面的温度梯度是比较平缓的,克里夫斯说,

尽管如此,布劳恩认为,气泡可能是生命开始的理想场所有几个原因。首先,它们在空气和水之间提供了完美的界面。没有空气,许多生命所必需的反应就不会发生。例如,磷酸化,一种使小分子形成复杂分子链的反应,必须在至少部分干燥的条件下发生。在气泡内部,这不是问题;尽管它们很小,但气泡为这些反应提供了完美的干燥环境,至少是暂时的。

,但气泡可以发挥另一个重要作用:它们创造秩序。在静水中,分子通常没有特殊的排列而展开。然而,泡沫给了分子——也许是生命的开始——在一个混乱的世界里一些东西可以依附。

最初发表在《生命科学》杂志上。

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