东京理工大学 显微照片显示直径小于10纳米的均匀纳米颗粒
信用:托尼Z
贾、 生命起源研究的大部分努力都集中在理解生物构件的益生元形成上
然而，早期的生物进化可能依赖于不同的化学结构和过程，随着时间的推移，这些逐渐被进化时代所取代
最近，日本地球生命科学研究所(ELSI)的化学家伊雷娜·马马加诺夫、梅琳娜·考丹和托尼·贾从聚合物科学、药物输送和生物仿生学中借鉴了一些想法来探索这种可能性
令人惊讶的是，他们发现即使是小的高度支化的聚合物也可以作为有效的催化剂，这些可能有助于生命的开始
在现代生物学中，编码蛋白酶在细胞中完成大部分催化工作
这些酶是由氨基酸的线性聚合物组成的，它们折叠起来，然后折回形成固定的三维形状
这些预先形成的形状使它们能够与它们催化反应的化学物质非常特异地相互作用
催化剂有助于反应比其他情况下发生得更快，但不会在反应本身中被消耗掉，因此单个催化剂分子可以帮助同一反应发生多次
在这些三维折叠状态下，催化剂的大部分结构并不直接与其作用的化学物质相互作用，只是帮助酶结构保持其形状
在目前的工作中，ELSI的研究人员研究了超支化聚合物——树状结构，具有高度和密度的分支，本质上是球状的，不需要信息折叠——这是现代酶所必需的
超支化聚合物，像酶一样，能够定位催化剂和试剂，并以精确的方式调节局部化学
生命起源研究的大部分努力都集中在理解现代生物结构和构件的前生物形成上
逻辑是这些化合物现在就存在，因此理解它们是如何在环境中产生的可能有助于解释它们是如何形成的
然而，我们只知道生命的一个例子，我们知道生命在不断进化，这意味着只有最成功的生物变种才能生存
因此，可以合理地假设现代生物可能与第一代生物不太相似，而且有可能益生元化学和早期生物进化依赖于不同于现代生物的化学结构和过程来自我繁殖
作为对技术发展的类比，早期的阴极射线电视机与现代的高清晰度显示器有着或多或少的相同功能，但它们是根本不同的技术
一种技术以某种方式导致了另一种技术的产生，但它不一定是另一种技术的逻辑和直接前身
金属硫化物酶可能起源于球状金属硫化物/超支化聚合物颗粒
信用:ELSI伊雷娜·马马贾诺夫 如果这种生化进化的“脚手架”模型是真的，那么问题就变成了，除了当代生物系统中使用的结构之外，还有什么更简单的结构可能有助于实现现代生活所需的催化功能呢？Mamajanov和她的团队推断超支化聚合物可能是很好的候选材料
该团队合成了一些他们研究的超支化聚合物，这些聚合物来自于可以合理预期在生命开始之前就存在于地球早期的化学物质
研究小组随后表明，这些聚合物可以结合天然存在的称为硫化锌纳米粒子的无机小原子团
众所周知，这种纳米粒子本身具有不同寻常的催化作用
正如首席科学家马马贾诺夫评论的，“我们在这项研究中尝试了两种不同类型的超支化聚合物支架
为了使它们起作用，我们所需要做的就是混合氯化锌溶液和聚合物溶液，然后加入硫化钠，“瞧”，我们得到了一种稳定有效的纳米粒子基催化剂
' 该团队的下一个挑战是证明这些超支化聚合物-纳米粒子混合物实际上可以做一些有趣和催化的事情
他们发现，这些掺杂金属硫化物的聚合物能降解小分子，在有光的情况下特别活跃，在某些情况下，它们催化反应高达20倍
正如马马加诺夫所说，“到目前为止，我们只探索了两种可能的支架和一种掺杂剂
毫无疑问，还有很多很多这样的例子有待发现
' 研究人员进一步指出，这种化学物质可能与被称为“锌世界”的生命模型的起源有关
根据这个模型，第一次代谢是由硫化锌矿物催化的光化学反应驱动的
他们认为，通过一些修饰，这种超支化支架可以被调整以研究含铁或含钼的蛋白质酶的类似物，包括现代生物固氮中涉及的重要酶
Mamajanov说，“这提出的另一个问题是，假设生命或前生命使用了这种支架过程，为什么生命最终依赖于酶呢？”？使用线性聚合物比使用支化聚合物有优势吗？“这种转变是如何、何时以及为什么发生的，”
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