大约40亿年前,适合生命生存的环境,正在地球上形成。研究生命起源的科学家常常思考这样一个问题:出现在早期地球上的化学物质,是否与今天生命所需要的化学物质相似?对任何生命起源情景来说,原始细胞的出现是至关重要的一部分。通过揭示原始细胞是如何形成的,科学家可以更好地了解早期进化是如何发生的。但是,关于简单的原始细胞最初是如何产生,并最终演变成地球上多样的生命形态的,在很大程度上仍然成谜。
在一项新的研究中,一组科学家分析了在生命起源之前的地球上,化学过程是如何产生简单的化学物质的。他们发现了一条合理的途径,能够解释原始细胞最先是如何形成,以及如何在化学上取得进步,进而实现功能的多样性。在这项新研究中,科学家试图了解磷酸盐是否可能参与了原始细胞的形成。磷酸盐几乎存在于身体的每一种化学反应中,所以研究人员怀疑,它们的出现可能比之前认为的更早。
原始细胞被认为是由脂肪酸形成的,但科学家尚不清楚的是,原始细胞是如何从单链磷酸盐转变为双链磷酸盐的。这个转变使得它们变得更稳定,并能进行化学反应。科学家想要模拟生命起源之前的可能环境。他们使用包括脂肪酸和甘油在内的化学物质,确定了三种有可能产生囊泡(类似于原始细胞的脂质球形结构)的化学混合物候选。接下来,他们观察这些混合物的反应,并加入额外的化学物质来制造新的混合物。
这些溶液被夜以继日地反复冷却和加热,并稍加摇晃来促进化学反应。
然后,他们用荧光染料对混合物进行检测,来判断是否形成了囊泡。在一些特定情况下,研究人员还改变了pH值和成分的比例,以便能更好地了解这些因素是如何影响囊泡形成的。此外,他们还研究了金属离子和温度对囊泡稳定性的影响。在实验中,他们这些囊泡从脂肪酸基囊泡转变为磷脂基囊泡。这意味着脂肪酸和甘油可能经历了磷酸化。
磷酸化是一种将磷酸基添加到分子中的化学过程,实验结果表明,磷酸化的出现时间可能比之前预期的更早,它的出现帮助产生了更稳定、更复杂的、能够进行多种化学反应和分裂的双链原始细胞。
此外,研究人员还发现,甘油衍生的脂肪酸酯可能导致囊泡对金属离子、温度和ph具有不同的耐受性——这是多样化进化的关键一步。在某种程度上,我们都想知道我们从哪里来。
现在,这项新的研究发现了磷脂在化学进化过程中出现的一个合理途径,解释了为生命奠定了基础的磷酸盐,可能比以前认为的更早组成了细胞样结构。这一发现有助于科学家更好地了解早期地球的化学环境,帮助揭示生命的起源以及生命是如何在早期地球上进化的。此外,这一发现还暗示了大量有趣的物理现象,这些物理现象可能在现代细胞的形成过程中发挥了关键的功能作用。
接下来,研究人员计划将进一步研究,为什么一些囊泡会融合,而另一些囊泡会分裂,以更好地了解原始细胞的演化过程。