地球上第一个活细胞是如何诞生的

【科普园地】

◎本报记者 张佳欣

地球生命起源这一谜题自古以来便深深吸引着人类的好奇心。第一个活细胞究竟是如何诞生的？那些早期的原细胞又是如何演化出支撑细胞生存、进而构建复杂生物体的关键结构膜的呢？

据最新一期《自然·化学》杂志报道，美国加州大学圣迭戈分校团队在最新研究中给出了一个涉及两种简单分子间反应的精妙解释。

地球上的生命体系离不开脂质膜。这一细胞结构不仅为细胞内部机制提供了庇护所，还是众多生物反应发生的平台。脂质由长链脂肪酸构成，但在复杂生命形态出现前的数十亿年间，地球上那些简单的分子是如何一步步演化成最初的细胞膜的？

科学家推测，在地球早期，短链脂肪酸分子（其碳－碳键数量少于10个，而复杂脂肪酸链的碳－碳键几乎是其2倍）极为丰富。然而，要形成囊泡，即容纳细胞复杂机制的微小隔室，则需要更长的分子链。

尽管一些简单的脂肪分子有可能独立形成脂质隔室，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。

为了揭开这些最初脂质膜形成的神秘面纱，团队从两种简单分子开始测试：一种是名为半胱氨酸的氨基酸；另一种是短链胆碱硫酯，这种硫酯与参与脂肪酸生化形成和降解的分子相似。

他们使用二氧化硅玻璃作为矿物催化剂，因为带正电的硫酯对带负电的二氧化硅具有天然吸引力。结果显示，在二氧化硅表面，半胱氨酸和硫酯自发反应，形成了脂质，进而形成了稳定到足以支撑生化反应的类原细胞膜囊泡。而这一过程在较低浓度下即可实现。

科学家们表示，他们工作的重要部分就是揭示生命的第一次萌芽，以及物质向生命的转变如何迈出了第一步的。现在，他们提供了一种可能的历史演变路径。