Nature Chem.：小小气泡，生命原点？

“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。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Heated gas bubbles enrich, crystallize, dry, phosphorylate and encapsulate prebiotic molecules

Matthias Morasch, Jonathan Liu, Christina F. Dirscherl, Alan Ianeselli, Alexandra Kühnlein, Kristian Le Vay, Philipp Schwintek, Saidul Islam, Mérina K. Corpinot, Bettina Scheu, Donald B. Dingwell, Petra Schwille, Hannes Mutschler, Matthew W. Powner, Christof B. Mast, Dieter Braun

Nat. Chem., 2019, DOI: 10.1038/s41557-019-0299-5

（本文由传光簇供稿）