美科学家:探索地球最初细胞与环境相互作用

    图片说明：包含脂肪酸膜和DNA链的原细胞模型图。(图片来源：Janet Iwasa, Szostak Laboratory, Harvard Medical School and Massachusetts General Hospital)
    
    美国科学家最近成功在实验室构建了原细胞模型，并探索了这些地球最初的细胞如何与周围环境进行相互作用。相关论文6月4日在线发表于《自然》(Nature)杂志。
    
    原细胞(protocell)是人们对35亿年前地球最原始的生命的设想，它拥有最简单、原始的结构，但却能够构建、复制、容纳DNA。在没有确凿记录的情况下，原细胞计划开辟了一条有效的途径，让人类可以探索地球最早生命的形态、生长和繁殖以及与环境相互作用机制。
    
    在最新研究中，由美国哈佛大学医学院、麻州总医院Jack W. Szostak领导的研究小组发现，由脂肪酸构成的原细胞薄膜可以让环境中的化学物质，包括DNA构建材料进入细胞内部，而无需今天细胞膜运转物质所需的蛋白通道、膜孔或者离子泵。同样，这些原细胞也不需要酶来进行DNA复制。
    
    物质如何进入不具有现代细胞膜运输机制的细胞，一直是个谜团。Jack W. Szostak说，“我们的研究表明，极为原始的细胞或许是从环境中吸收营养，而不必在内部制造这些物质。这支持了两种对立理论的其中之一。”
    
    一些科学家曾提出，远古海底热液区或许是前生分子(prebiotic molecules)的存在地，这些分子包括脂肪酸、氨基酸等。Szostak等人的理论假想表明，脂肪酸可形成于海底矿石的表面，并在间歇泉爆发中被带到地表。当这些脂肪酸处于有水环境中时，它们的亲水端和疏水端都会有序地排列，当水分蒸发后，最终形成了微小的脂肪酸球体——胶团(micelle)(观看动画)。依靠化学浓度和环境的PH值，这些胶团可以形成分层的膜或者囊泡(vesicle)(观看动画)。
    
    研究人员仔细分析了由不同脂肪酸分子构成的囊泡，并且找到了能够让外界分子通过的特殊膜特征。他们发现，尽管较大的DNA或RNA链无法通过脂肪酸膜，但单糖分子和单个核苷酸很容易进入原细胞内部。
    
    当研究人员刚开始工作时，他们并不确定复制原细胞遗传物质所需的材料能够直接进入细胞内。Szostak说，“通过证实这可以发生，而且的确是相当有效地发生，我们离构建能够自我分裂的功能性原细胞的目标又进了一步。”(科学网 任霄鹏/编译)