大量的物理化学过程创造了生命出现在早期地球上的条件。换句话说，在生物进化时代之前，一定有一个“前生物”的化学进化阶段，在这个阶段，第一批能够复制自己的信息分子被组装和选择。这一情景立即引发了另一个问题：在什么样的环境条件下会发生生物起源前的进化？
长期以来，人们一直在讨论和探索生命起源的一种可能环境——火山岩中的微小孔隙。多孔岩石中充满气体的微小气泡被认为在生命起源中发挥了重要作用。进一步讲，液相界面的温差可能引发了生物起源前的化学进化。
由德国慕尼黑大学系统生物物理学教授Dieter Braun领导的一个国际研究小组深入研究了火山岩孔隙中的水-气界面，它们在充满气体的气泡中自发形成，并显示出有趣的组合效应。结果发现，水-气界面可能在促进引发生命起源的物理化学相互作用方面发挥了重要作用，相关论文发表在近日的《自然·化学》杂志上。
具体来说，Braun和他的同事们想知道，水-气界面是否可能刺激了引发生物起源前化学进化初始阶段的各种化学反应。而现在这项研究有力地支持了这一观点：火山岩中充满气体的微小气泡被困在孔隙中，并与孔隙表面发生反应，这确实可能加速了化学网络的形成，最终形成了第一批细胞。
在这项研究中，作者通过实验验证并描述水-气界面对相关化学反应的促进作用。如果这种气泡表面的温度不同，水就会在较热的一面蒸发，在较冷的一面凝结，就像落在窗户上的雨滴沿着玻璃的平面向下流动，最终蒸发掉一样。Braun说：“原则上，这个过程可以无限重复，因为水在气态和液态之间不断循环。这种循环现象的结果是，在气泡较暖的一侧，分子会聚集到非常高的浓度。
Morasch说：“我们对不同条件下的反应速率进行了一系列测量，以确定潜在机制的性质。然后我们测试了在生命起源中发挥核心作用的一系列的物理和化学过程，结果发现，所有的这些过程在水-气界面存在的条件下，都显著加快了速度或者存在可能性。”事实证明，这种现象具有惊人的效果和强大的生命力。即使是小分子也能被浓缩到很高的水平。
例如，水-气界面的存在，引发或者增加了促进聚合物形成的物理化学过程发生的可能性，这显著提高了化学反应速率和催化效果。事实上，在这样的实验中，当研究人员添加适当的化学成分时，分子可以在脂质膜内聚集到很高的浓度。以这种方式产生的囊泡并不完美。但是这一发现表明了最初的原始细胞及其外膜可能是如何形成的。
“这种过程是否能在这样的小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，在另一个地方冷凝，”Braun解释说。在早期的研究中，他的团队已经描述了一种不同的机制，通过这种机制，水体中的温差可以用来浓缩分子。他补充说：“我们的解释模型能够将这两种效应结合起来，这将增强富集效应，从而提高前生物过程的效率。”
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编译：花花
审稿：阿淼
责编：唐林芳
期刊来源：《自然·化学》
期刊编号：1755-4330
原文链接：
https://www.sciencedaily.com/releases/2019/07/190729123847.htm
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