Nature Chem.：小小气泡，生命原点？

来源：X一MOL资讯

“生命起源于何处”是一个困扰了人类上万年，在可预见的未来也将会一直困扰下去的终极问题。随着新科技新理论的发展，一些合乎逻辑的答案正在慢慢涌现。近期，德国慕尼黑大学Dieter Braun教授领导的一支多学科研究团队在Nature Chemistry 上发表了一项颇为出人意料的研究成果，他们指出加热液体时产生的小小气泡，可能是地球生命的原点。

小小气泡可能是生命起源的原点。图片来源于网络

越来越多的人相信，生命起源于偶然——远古海洋中C、H、O、N、P、S原子随机碰撞产生了磷脂、核酸、氨基酸的前体，它们之间随机组装进行了不知道多少亿年，直到第一个远古细胞结构横空出世。可是，这个过程中涉及了无数种“可能”与“随机”，即使在时间跨度上加上了数十亿年的光景，似乎也不足以使产生细胞结构的可能性从零向上突破一点点。如果生命真的起源于偶然，那么或许存在某种特殊的环境能够提高随机碰撞的几率，为复杂的化学反应提供环境基础。

海底火山因为具有丰富的元素储备、充足的能量、多样的催化条件，被认为是生命起源的基本场所，但是海底火山的什么位置才是生命起源的原点呢？作者盯上了火山中多孔的火山岩。熔浆的热量传导至这些火山岩时，会产生大量气泡，而当这些气泡受热不均时，则会为化学反应提供浓缩与富集的特殊场所。

研究人员利用3D打印构建了模拟火山岩的微流控器件，用于观察重要的生命分子在液-气界面的动力学行为。图片来源：Nat. Chem.

研究人员利用3D打印制作了一个多孔的微流控器件来模拟火山岩的结构，并使其部分被水淹没。对该器件局部加热后，器件内部会产生温差，在脱气原理的作用下，高温的部分会自发地产生大量气泡。

气泡周围的DNA分子发生了明显的聚集。图片来源：Nat. Chem.

随后，包括RNA前体、寡核苷酸、脂质等被认为是对生命起源至关重要的分子被加入到水中。这些分子被荧光标记，以便利用快速高分辨的荧光显微镜追踪其动力学过程。结果显示，所有这些分子都会在微流控器件中以非平衡的状态分布——液-气界面处的分子浓度不停地变化，最高时能够产生高于本底溶液数倍的浓缩效果。聚集在液-气界面的分子会进入气相并在高温气体的作用下破坏其水化层，当气泡受到重力作用向上运动时，这些分子又会发生再水化作用，被气泡“拖动”一同运动，而这一过程的反复进行则会显著地提高气泡周围分子的浓度。

用荧光成像记录到气泡周围的核酸分子被脂质形成的囊泡包裹。图片来源：Nat. Chem.

通过30分钟的持续观察，研究人员记录到了5种对产生原始细胞至关重要的反应过程，包括：（1）脱水-浓缩循环为RNA磷酸化的关键反应提供了可能；（2）核酶催化活性的提高；（3）RNA分子在水凝胶中浓缩；（4）RNA的前体产生结晶；（5）双亲性的脂质发生聚集并形成囊泡，一些囊泡包裹寡核苷酸片段，囊泡的组成与大小产生明显的分化。经过这五种关键过程，形成基本细胞结构的可能性将大大增加。仅仅在30分钟内就能够记录到如此多的变化。考虑到基本元素历时数十亿年的反应过程，生命形成的概率似乎能够提高到可以被接受的范围内。

气泡周围核酸分子磷酸化能力的增强。图片来源：Nat. Chem.

Dieter Braun教授展望到，该课题组下一步将考虑向反应体系中加入结构完整、可以被催化复制的核酸，观察是否能够记录到核酸的复制过程。另外，该研究的意义不仅仅在于对生命起源的探究，研究分子在液-气界面特殊的动力学特性，很可能会为催化反应、聚合反应提供一些新的思路，开创一些崭新的领域。

总结来说，该研究对于原始细胞的产生提供了一个新颖的、在一定程度上让人信服的答案。然而，生命的起源仍然存在一个巨大的空白——对生命形成至关重要的分子到底是怎么形成的。由于该研究直接向水中加入了RNA前体等物质，相当于是站在这些物质已经事先存在的基础上来探究生命的起源。很显然，在几十亿年前，这些具有生物功能的分子不会凭空出现，所以基本化学元素、简单的无机分子到底是通过什么途径变成复杂的核酸、酶、多肽等生化分子的，仍然是一个未解之谜。