2019-07-30 10:10:01
生命起源界面的重要性

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在温泉周围发现的多孔岩石中微小的充气气泡被认为在生命起源中发挥了重要作用。因此,液相之间界面处的温度差异可以引发益生元化学进化。

过多的物理化学过程必须创造条件,使生命系统能够在地球早期出现。换句话说,生物进化的时代必定先于“益生元”化学进化的可能延长阶段,在此期间,能够复制自身的第一个信息分子被组装和选择。这种情况立即引发了另一个问题:在什么环境条件下可能发生益生元进化?一种可能的设置长期以来一直在讨论和探索 - 火山岩中的微小孔隙。由Dieter Braun(慕尼黑Ludwig-Maximilians-Universitaet(LMU)系统生物物理学教授)领导的国际研究团队现在已经仔细研究了这些孔隙中的水 - 空气界面。它们在充满气体的气泡中自发形成,并显示出有趣的效果组合。

他们发现,他们可以在促进促成生命起源的物理化学相互作用方面发挥重要作用。具体而言,Braun和他的同事们询问这些界面是否能刺激引发益生元化学进化初始阶段的化学反应。他们的发现出现在领先的自然化学期刊上。

该研究强烈支持这样一种观点,即被火山岩中的孔隙表面捕获并与其反应的微小气体充满的气泡确实可以加速化学网络的形成,最终产生第一个细胞。因此,作者能够通过实验验证和表征空气 - 水界面对相关化学反应的促进作用。如果沿着这样的气泡表面存在温差,则水会在较暖的一侧蒸发并在较冷的一侧凝结,就像落在窗户上的雨滴沿着玻璃的平坦表面流下并最终蒸发。 “原则上,这个过程可以无限重复,因为水在气相和液相之间不断循环,”Braun说道,他与他的博士生Matthias Morasch和他的博士生Matthias Morasch及其详细描述了这一机制和潜在的物理过程。他的研究小组的其他成员。这种周期性现象的结果是分子在泡沫较温暖的一侧积聚到非常高的浓度。

“我们首先在各种条件下对反应速率进行一系列测量,以表征潜在机制的性质,”Morasch说。事实证明这种现象具有惊人的效果和稳健性。甚至小分子也可以集中到高水平。 “然后我们测试了一系列物理和化学过程,这些过程必须在生命起源中发挥核心作用 - 所有这些过程都在空气 - 水界面普遍存在的条件下显着加速或完全可行。”该研究受益于Braun的生物物理学家团队与化学和地质学等专家的相互作用,他们在合作研究中心(SFB / TRR)与生命起源(由DFG资助)合作,以及与国际团队成员的合作。

例如,LMU的研究人员表明,促进聚合物形成的物理化学过程可以首先受到刺激 - 或者可以通过水环境和气相之间的界面的可用性来实现,这显着提高了化学反应的速率。和催化机制。事实上,在这些实验中,当研究人员添加适当的化学成分时,分子可以在脂质膜内积聚到高浓度。 “以这种方式产生的囊泡并不完美。但是这一发现表明,第一个基本的原始细胞和它们的外膜可能是如何形成的,”莫拉什说。

这种过程是否可以在这种囊泡中发生“并不取决于气泡内气体的性质。重要的是,由于温度的不同,水可以在一个地方蒸发,在另一个地方凝结。 “布劳恩解释道。在早期的工作中,他的小组已经描述了一种不同的机制,通过这种机制,水体中的温度差异可以用于浓缩分子。“我们的解释模型可以将两种效果结合起来,从而提高浓缩效果,从而提高益生元过程的效率,”他补充道。

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