生命起源: 第一个细胞膜是如何产生的

很少有问题比地球上生命的起源更吸引人类。第一个活细胞是如何产生的？这些早期的原始细胞是如何形成细胞生长和组装成复杂生物体所必需的结构膜的？

加州大学圣地亚哥分校化学和生物化学教授 Neal Devaraj 实验室的新研究发现了一种合理的解释，涉及两种简单分子之间的反应。这项研究发表在《自然化学》上。

地球上的生命需要脂质膜——一种细胞结构，容纳细胞内部机械装置，并充当许多生物反应的支架。脂质由长链脂肪酸组成，但在复杂生命出现之前，这些最初的细胞膜是如何从数十亿年前地球上存在的简单分子形成的？

科学家认为，早期地球上的简单分子中，短脂肪链的碳碳键数少于 10 个（复杂脂肪链的碳碳键数几乎是后者的两倍）。然而，长链分子是形成囊泡所必需的，囊泡是容纳细胞复杂机制的隔间。

虽然一些简单的脂肪分子可能能够自行形成脂质区室，但这些分子需要非常高的浓度，而这种浓度在生命起源前的地球上可能并不存在——当时地球上的条件可能适合生命存在，但尚未存在生命。

“从表面上看，这可能并不新鲜，因为脂质的产生总是在酶的存在下进行的，”德瓦拉杰说，他也是默里·古德曼化学和生物化学教授。“但四十多亿年前，还没有酶。然而，不知何故，这些最初的原始细胞结构形成了。怎么形成的？这就是我们试图回答的问题。”

为了揭示这些第一个脂质膜的解释，Devaraj 的团队从两种简单的分子开始：一种名为半胱氨酸的氨基酸和一种短链胆碱硫酯，类似于参与脂肪酸生化形成和降解的分子。

研究人员使用石英玻璃作为矿物催化剂，因为带负电荷的二氧化硅会被带正电荷的硫酯吸引。在二氧化硅表面，半胱氨酸和硫酯自发反应形成脂质，产生足够稳定的原始细胞状膜囊泡，以维持生化反应。这种情况发生在比没有催化剂的情况下所需的浓度更低的浓度下。

“我们所做的部分工作是试图了解在没有生命的情况下生命是如何出现的。这种从物质到生命的转变最初是如何发生的？”德瓦拉杰说。“在这里，我们为可能发生的情况提供了一种可能的解释。”

完整作者名单：Christy J. Cho、Taeyang An、Alessandro Fracassi、Roberto J. Brea 和 Neal K. Devaraj（均为加州大学圣地亚哥分校）； Yei-Chen Lai、Alberto Vázquez-Salazar 和 Irene A. Chen（均为加州大学洛杉矶分校）。

这项研究得到了美国国家科学基金会（EF-1935372）和美国国立卫生研究院（R35-GM141939）的部分资助。