细胞抽象图 Credit: rost9 / Adobe Stock
大约40亿年前，地球上出现了生命。
地球上最早的细胞是如何产生的?
第一批细胞形成于由复杂的、富含碳的化合物组成的原始“汤”中。
在一个极小的细胞中，膜将蛋白质和RNA从周围的水环境中分离出来。类细胞膜可由称为脂肪酸的简单的生物前表面活性剂自发地组装而成。然而，脂肪酸膜在含有盐的溶液中是不稳定的，盐存在于早期地球的环境中。
因此，这些细胞面临着一个化学难题。它们需要汤中的特定离子来完成基本功能。但这些带电离子会破坏包裹细胞的简单膜。
来自华盛顿大学研究人员仅用可能存在于早期地球上的分子解决了这个难题。利用细胞大小、被脂肪酸分子膜包围充满液体的隔间，研究小组发现，蛋白质组成成分氨基酸，与脂肪酸膜结合，可以稳定细胞膜，抵抗镁离子。他们的研究结果为第一批细胞编码RNA中的遗传信息奠定了基础。RNA是一种与DNA相关的分子，其产生需要镁，同时维持细胞膜的稳定性。
这一发现发表在8月12日的《Proceedings of The National Academy of Sciences》上，不仅解释了氨基酸如何在不利环境下稳定细胞膜。还展示了细胞结构的各个组成部分---细胞膜、蛋白质和RNA---是如何在远古地球的水环境中共存的。
细胞是由不同类型的结构和完全不同类型的构建块组成的，从来没有人清楚为什么它们会以一种功能的方式结合在一起。你可以想象不同类型的分子在原始汤中运动，就像粗糙的网球和坚硬的壁球在一个被震动的大盒子里来回弹跳。如果你用牢尼龙搭扣把盒子里的一个表面连起来，那么只有网球会粘在那个表面上，它们最终会紧密地粘在一起。
该研究小组之前的研究表明，RNA的构建块优先附着在脂肪酸膜上，令人惊讶的是，它还能稳定脆弱的膜，防止盐的有害影响。盐是地球上过去和现在常见的化合物。
研究小组假设氨基酸也可以稳定细胞膜。他们使用了包括光学显微镜、电子显微镜和光谱学等多种实验技术来测试10种不同的氨基酸是如何与细胞膜相互作用的。实验揭示了某些氨基酸可与细胞膜结合并使其稳定。一些氨基酸甚至引发了细胞膜的巨大结构变化，比如形成了像洋葱的一层层状的细胞膜的同心球体。
研究人员还发现，氨基酸通过浓度的变化来稳定细胞膜。一些科学家猜测，第一批细胞可能是在浅层盆地中形成的，随着水的蒸发和新水的涌入，浅层盆地经历了氨基酸高低浓度的循环。
氨基酸保护细胞膜的新发现以及之前的结果表明,RNA构建块可能也发挥类似的作用,表明膜可能是这些前体分子共同固定的场所,提供一个潜在的机制来解释了是什么将生命的成分聚集在一起。
目前，研究团队已将把注意力转移到共同定位的构建块是如何做一些更了不起的事情的:它们彼此绑定在一起形成功能机器。
参考资料：
1. First cells may have emerged because building blocks of proteins stabilized membranes
2. Prebiotic amino acids bind to and stabilize prebiotic fatty acid membranes
3. 百度百科
4. News from University of Washington
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