现代细胞是生物界的学霸——内部骨架、严格控制的化学过程,以及一本涵盖万物的基因说明书。但最早的类细胞结构呢?它们基本上就是些自命不凡的油泡。理解这些简单原细胞如何进化成今天复杂的细胞机器,一直是生命起源研究的核心难题。

东京科学大学地球生命科学研究所(ELSI)的一项新研究决定不再猜测,而是开始冷冻。他们没有提出一个宏大理论,而是用三种磷脂构建了模型原细胞——大单层囊泡(LUV):POPC(1-棕榈酰-2-油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱;16:0-18:1 PC)、PLPC(1-棕榈酰-2-亚油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱;16:0-18:2 PC)和DOPC(1,2-二油酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱;18:1 (D9-cis) PC)。"我们使用磷脂酰胆碱(PC)作为膜组分,因为它们与现代细胞化学结构连续,在前生物条件下可能可用,并能保留必需内容物,"ELSI博士生、第一作者篠田达也说道。双键的细微差异使一些膜坚硬(POPC),另一些柔软(PLPC和DOPC)。

然后进行冻融循环——模拟古地球的温度波动。三次循环后,富含POPC的囊泡只是挤在一起不融合。但PLPC和DOPC囊泡融合成更大的隔室。PLPC越多,融合越多。"在冰晶形成的压力下,膜可能失稳或碎裂,需要在融化时重组结构,"ELSI研究员野田奈津美解释道。翻译:柔软的膜在结冰时更善于融合——而融合正是分散的有机分子混合的方式,可能启动了通向生命的化学反应。

团队还测试了DNA保留。PLPC囊泡在冷冻前就比POPC囊泡捕获并保留更多DNA。经过反复循环,它们仍然粘附更多DNA。这表明冰冷环境——不仅仅是干涸的水池或热液喷口——可能是生命的摇篮。冻融循环浓缩分子并促进融合,尽管流动膜有泄漏风险。平衡就是一切。

"通过整合渗透压或机械剪切等分裂机制,可能实现跨代递归选择冻融诱导生长的囊泡,"ELSI教授、首席研究员松浦友昭指出。通俗地说:简单的冷冻和解冻可能推动了基本气泡向首批能够达尔文进化的细胞迈进。所以下次你刮挡风玻璃上的冰时,记住——你可能正在见证所有生命的起源故事。