生命起源的关键谜题可能由能够分裂的原始细胞来解答

生命起源研究者长期以来一直困惑于生命起源的起源问题。没有繁殖能力的活细胞既不能繁殖后代，也不能承受进化压力，为它们所居住的环境挑选“赢家”。一个新的模型表明，难以置信的基本“原始细胞”——甚至不能被定义为生命——可能已经出现并产生了能够生长和分裂的子原始细胞。这个模型还没有经过测试，但如果成功，它可能有助于解开围绕生命化学起源的一个关键谜题。

细胞是一个复杂的分子机器，经过几代人的进化来执行许多功能。然而，对于一个能够进化的细胞来说，在自然选择发生之前，它必须能够繁殖。那么最早的细胞是如何进化的呢?进化生物学家和其他人已经研究了各种可能执行细胞基本功能的简单“原始细胞”。约翰·霍尔丹(John Haldane)和亚历山大·奥帕林(Aleksandr Oparin)在20世纪20年代独立提出的一个流行观点是，凝聚形成的微液滴——在液体中由静电驱动的相分离——可以提供无膜的微反应器，将必要的化学物质聚集在一起，防止它们扩散出去。最近，甚至有人证明原始细胞可能是掠食性的消耗其他原始细胞，并用不幸受害者的成分强化自己。

然而，液滴通常不会再生:较大的液滴通过从过饱和的背景溶液或较小的液滴中吸收物质而生长，这导致液滴减少液滴的数量。然而，2015年，生物物理学家弗兰克·j德国德累斯顿马克斯普朗克复杂系统物理研究所的教授和同事们的研究表明，通过外部能量供应，液滴可以在平衡尺寸下稳定共存。在这项新的研究中，他们表明，在一定条件下，这种液滴可以分裂和生长。

研究人员在数学上模拟了悬浮在过饱和B溶液中的任意化学物质B的液滴，其中还含有低能量的化学物质a。B分解成a是自发发生的，而反向反应需要外部能量来源——在早期的地球上，这可能是化学燃料、辐射或海底热液喷口处发现的温度梯度。在每个液滴内部，B分解成A, A溶解到背景流体中——这将减小液滴的大小。在液滴外，A被转化为B, B被纳入液滴-作用于增加液滴大小。如果溶液是适度过饱和的，液滴达到稳定的平衡大小依赖于过饱和的程度，表面张力保持液滴球形。

新一代

然而，如果过饱和度过高，液滴变得过大，球形就会变得不稳定:Jülicher解释说:“如果你在某个地方生长出一座小山，因为有更多的物质到达，山的顶端接收到的降水比山谷多。所以山的生长比山谷多。”液滴沿着一条轴拉长，最终分裂成两个或三个“子”液滴，这些“子”液滴变小了，又回到球形。这些子液滴也从背景溶液中吸收B并生长，直到最终它们变得不稳定并分裂，形成“孙女”液滴。研究小组目前正在与实验人员进行交流，以验证这一想法。

Jülicher推测，在早期的地球上，一个可能的候选系统可能是携带rna的液滴。“与化学反应相对应的是RNA的聚合和RNA分解成某些成分。然后，人们必须提供RNA可以重新聚合的条件。Jülicher说，如果能找到一种合适的复制RNA的反应，化学环境的自然变化就会导致液滴之间的变化，使它们受到自然选择的影响。他们还认为液滴可能为细胞膜的进化提供了一条途径，因为两亲性分子可能被自然地吸引到液滴表面。在未来，研究人员希望创造出多种不同类型的相互作用的液滴:“人们可以想象，不同类型的液滴共存的方式是，一种液滴产生的分子需要反应才能产生第二种液滴的物质，这样你就会有一种生态系统，”Jülicher说。

进化生物学家威廉•马丁海因里希·海涅大学(Düsseldorf)的教授，他主张生命起源于热液喷口的孔隙，他说:“我不清楚这可能是在模拟基于自然观察的真正的生物系统。”“如果我们假设热液喷口提供了一个有机微室系统，并且这些系统收集了疏水物质，那么当然可以想象，在疏水相中的水相中可能有这些液滴的性质，这可能是相关的。谁知道呢。”