宾夕法尼亚州立大学 由短聚合物(10单位长的天冬氨酸聚合物和10单位长的赖氨酸)制成的无膜隔室
明视野图像(左)和荧光图像(右)显示荧光标记的核糖核酸(红色)被分隔成隔间
荣誉:宾夕法尼亚州立大学法特玛·皮尔·凯克马克 在地球生命早期进化的重要一步中，用作模型的原始细胞隔间可以由短聚合物制成
较短的聚合物更接近早期地球上可用分子的可能大小，通过液-液相分离形成隔间，其方式与较长的聚合物相同
虽然原细胞没有将它们与环境隔开的膜，但它们可以隔离核糖核酸并维持独特的内部微环境，在某些方面甚至优于由较长聚合物制成的类似隔间
宾夕法尼亚州立大学的科学家们发表了一篇描述这项研究的论文，发表于11月11日
23发表在《自然通讯》杂志上
“地球生命早期进化的一个重要步骤是条块分割，”宾夕法尼亚州立大学杰出的化学教授、研究小组的领导人之一克里斯汀·基廷说
“生物需要以某种方式与环境分离
我们想知道，我们是否可以用比生命开始时地球上可用的分子尺寸更相似的分子来制造像原始细胞一样发挥功能的隔间
" 研究人员通过在溶液中结合两种带相反电荷的聚合物来创建被称为“复合凝聚层”的隔间
聚合物相互吸引，通过液-液相分离形成液滴，类似于沙拉酱分离时形成的油滴
取决于条件，聚合物可以在溶液中保持均匀分布，它们可以形成原细胞样凝聚层，或者它们可以聚集在一起形成固体聚集体
研究人员比较了由1至100个带电单元组成的不同长度的聚合物
较长的聚合物具有较高的电荷，彼此之间的吸引力更强，并且在更广泛的实验条件下更容易形成隔室
“我们测试了大量聚合物类型和长度的组合，试图建立隔间形成的参数，”法特玛·皮尔·凯克马克说，他当时是宾夕法尼亚州立大学的研究生，也是这篇论文的第一作者
“我们发现，短至五个单位长的聚合物可以形成稳定的隔间
" 研究人员随后测试了由短聚合物制成的隔室执行原细胞某些功能的能力
这些隔室在各种盐浓度下是稳定的，并且根据聚合物的组合，能够在该隔室内保持不同于周围溶液的表观酸碱度
显示由较短聚合物(左)和较长聚合物(右)制成的无膜隔室中双链核糖核酸稳定性差异的图示
荣誉:宾夕法尼亚州立大学法特玛·皮尔·凯克马克 “我们不知道生命形成的条件是什么，”该论文的作者之一、宾夕法尼亚州立大学的研究生崔圣贤说
“它可能存在于海洋、咸水或淡水中
这些隔室在盐浓度足够高的情况下是稳定的，这表明它们是这些情况下的相关模型
" 当单链核糖核酸分子加入溶液中时，由较短的聚合物制成的隔室比由较长的聚合物制成的隔室更能隔离核糖核酸
隔间内的核糖核酸分子被浓缩到周围溶液的500倍
双链核糖核酸分子也被隔室隔离，在由较短的聚合物制成的隔室中更稳定
研究小组还测试了核糖核酸在隔间内保持折叠和三维结构的能力
“在我们测试的条件下，核糖核酸形成了它的大部分二级结构，但没有在隔间内保持其完全天然的折叠，”麦考利·奥说
梅耶尔是宾夕法尼亚州立大学的研究生，也是这篇论文的作者
“根据形成隔间的聚合物的大小，我们基本上看不出有什么不同，所以可能只是我们没有足够的关键成分——比如镁，它对完全天然的核糖核酸折叠很重要
" 结果表明，即使有简单的小部件，也可以制造出具有许多原始细胞特征的隔间
基廷说:“这是一个强有力的发现，我们可以用如此短的聚合物制造这些隔间，在某些方面，就像积累核糖核酸一样，它们比用更长的聚合物制造的隔间功能更好。”
“我们的发现表明，即使在早期的地球上只有更小的分子存在，功能区也可能形成
随着时间的推移，更大的分子可能会被整合，因为它们变得可用
" 研究人员强调，他们使用的聚合物捕捉到了地球早期分子的本质，但除了大小之外，很可能不像地球早期的聚合物
他们声明，他们并没有试图重建导致生命进化的早期地球环境
“我们要找的不是几十亿年前地球上发生的事情的精确记录，”宾夕法尼亚州立大学化学、生物化学和分子生物学的杰出教授、研究小组的领导人之一菲尔·贝维拉卡说
“相反，我们想知道生命开始的可行性
我们正在探索边界条件，在得到长聚合物之前，你必须先得到短聚合物
"
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