芝加哥大学艾米丽·艾什福德 研究人员使用阿尔贡的先进光子源研究了经历干湿循环的称为复合凝聚层的无膜隔间，这项研究揭示了生命起源前的地球，并对电子和药物输送系统的设计产生了影响
学分:阿尔贡国家实验室 科学中最重要的问题之一是地球上的生命是如何开始的
一种理论认为，早期地球上的干湿循环——无论是通过雨季/旱季，还是通过间歇泉等现象——促进了分子的复杂性
水合/再水合循环被认为创造了条件，使得被称为复合凝聚层的无膜室成为化学物质结合创造生命的家园
芝加哥大学普利兹克分子工程学院(PME)的科学家们利用阿贡国家实验室的先进光子源，研究了这些聚合物隔间在经历相变时的情况，以了解它们在干湿循环过程中到底发生了什么
发表在10月27日《自然通讯》上的研究结果，不仅进一步阐明了生命起源前的地球，还对电子和药物输送系统的设计产生了影响
罗伯特·A·普利兹克分子工程学院院长马修·泰雷尔说:“看到这些聚合物集合体在复杂环境中的变化，有助于我们了解这些小室在早期地球上的行为，以及我们如何在未来使用它们。”
密立根杰出服务教授，该论文的合著者
被称为复合凝聚层的无膜室形成微米大小的液滴(中心)，被广泛研究为原始细胞的模型，是地球生命进化的一个潜在步骤
新的研究表明，液滴的行为正如实验得出的相图(左)所预测的那样，以响应提议的早期地球环境过程，干湿循环可以被视为小池塘或水坑蒸发和改造
随着溶液变干，对聚集在液滴内部的核糖核酸分子的偏好(右图中荧光标记为红色)会降低
信用:哈迪费勒斯，宾夕法尼亚州立大学 在复杂的凝聚层中观察 在宾夕法尼亚州立大学领导的研究中，科学家检查了水中的聚电解质凝聚层，其组成与池塘水相同
池塘会定期干涸，然后补充雨水
这种循环脱水和再水合作用降低了阻止它们结合的热力学屏障，使氨基酸和核苷酸等分子构件更容易组装成脱氧核糖核酸和核糖核酸等肽和蛋白质
蒂雷尔实验室是聚电解质凝聚层等聚合物隔室的专家，之前已经描述了这些材料在不同相变下的作用
PME的研究人员在阿尔贡的高级光子源使用小角度x光散射来观察干湿条件变化时凝聚层的内部结构
他们发现，随着水样的干燥，核糖核酸的浓度增加，但聚合物隔间内的核糖核酸浓度保持不变
他们还发现，随着水的干燥，样品的盐浓度增加，削弱了聚合物的相互作用，这使得隔间实际上更加水合
重复的水合和脱水循环“导致了细胞间的渐进进化”，提尔雷尔说，这永久地改变了凝聚层的组成
“这改变了凝聚层的物理性质，并影响分子交换，这可能是早期生命如何开始的线索，”蒂雷尔小组的博士后研究员亚历山大·马拉什说
随着被称为复合凝聚层的无膜室混合物的干燥，所有组分的浓度随着总体积的减少而增加
添加的核糖核酸分子位于凝聚层液滴内的偏好随着干燥而降低，同时其流动性增加
这些结果强调了在研究无膜凝聚层室作为地球生命早期进化中原始细胞模型时仔细考虑环境的重要性
信用:哈迪费勒斯，宾夕法尼亚州立大学 设计药物输送系统 了解动态条件如何影响凝聚层可能会对在可视显示器或药物输送中使用聚合物隔室的电子设备产生影响
像这样的隔间可以用来在体内进行治疗，理解聚合物如何组装并对变化的条件做出反应是设计新的给药方式的关键
马拉斯、前加州理工学院博士后杰弗里·廷和宾夕法尼亚州立大学的研究人员在瑞士戈登研究会议期间建立了这种研究合作关系
最终领导这项研究的宾夕法尼亚州立大学的研究人员对研究早期地球上凝聚层的行为很感兴趣
在一次冰川徒步旅行中，廷、马拉斯和宾夕法尼亚州立大学的研究人员讨论了如何通过使用先进的光子源来观察车厢内部来进行合作
“阿尔贡真是一个世界级的设施，使我们能够站在这类工作的最前沿，”马拉斯说
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