地球上第一個活細胞是如何誕生的

【科普園地】

◎本報記者 張佳欣

地球生命起源這一謎題自古以來便深深吸引着人類的好奇心。第一個活細胞究竟是如何誕生的？那些早期的原細胞又是如何演化出支撐細胞生存、進而構建複雜生物體的關鍵結構膜的呢？

據最新一期《自然·化學》雜誌報道，美國加州大學聖迭戈分校團隊在最新研究中給出了一個涉及兩種簡單分子間反應的精妙解釋。

地球上的生命體系離不開脂質膜。這一細胞結構不僅為細胞內部機制提供了庇護所，還是眾多生物反應發生的平台。脂質由長鏈脂肪酸構成，但在複雜生命形態出現前的數十億年間，地球上那些簡單的分子是如何一步步演化成最初的細胞膜的？

科學家推測，在地球早期，短鏈脂肪酸分子（其碳－碳鍵數量少於10個，而複雜脂肪酸鏈的碳－碳鍵幾乎是其2倍）極為豐富。然而，要形成囊泡，即容納細胞複雜機制的微小隔室，則需要更長的分子鏈。

儘管一些簡單的脂肪分子有可能獨立形成脂質隔室，但這些分子需要非常高的濃度，而這種濃度，在生命起源前的地球上可能並不存在。

為了揭開這些最初脂質膜形成的神秘面紗，團隊從兩種簡單分子開始測試：一種是名為半胱氨酸的氨基酸；另一種是短鏈膽鹼硫酯，這種硫酯與參與脂肪酸生化形成和降解的分子相似。

他們使用二氧化硅玻璃作為礦物催化劑，因為帶正電的硫酯對帶負電的二氧化硅具有天然吸引力。結果顯示，在二氧化硅表面，半胱氨酸和硫酯自發反應，形成了脂質，進而形成了穩定到足以支撐生化反應的類原細胞膜囊泡。而這一過程在較低濃度下即可實現。

科學家們表示，他們工作的重要部分就是揭示生命的第一次萌芽，以及物質向生命的轉變如何邁出了第一步的。現在，他們提供了一種可能的歷史演變路徑。