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關於生命起源尚未解答的主要問題之一是漂浮在原始湯周圍的RNA如何變成我們所謂的細胞膜保護的生命包。
芝加哥大學普利茲克分子工程學院（UChicago PME）、休士頓大學化學工程系的工程師以及芝加哥大學化學系的生物學家在一篇新論文中提出了解決方案。
在今天發表的論文中 科學進步芝加哥大學PME博士後研究員Aman Agrawal和他的合著者——包括芝加哥大學PME名譽帕克馬修·蒂雷爾(Matthew Tirrell)和諾貝爾獎得主生物學家傑克·紹斯塔克(Jack Szostak) ——展示了38億年前的洪水如何幫助原始細胞周圍形成網狀牆，這是一個關鍵的過程。
「這是一個獨特而新穎的觀察，」蒂雷爾說。
該研究著眼於「凝結稠度」——天然存在的複雜分子（如蛋白質、澱粉和 RNA）的區室。 這些稠度的第一個行為就像水中的食用油滴一樣，長期以來一直被認為是個原始細胞的候選者。
任何含有新的、可能有用的生命前RNA都會在四分之一內與其他RNA交換，這意味著它們很快就會變得相同。著沒有進化。
這意味著沒有生命。
阿格拉瓦爾說：“如果分子在模具之間或細胞之間不斷交換，那麼不久之後所有細胞都會看起來很相似，並且不會發生進化，因為最終會得到相同的克隆。”
設計解決方案
生命本質上是跨學科的，因此芝加哥大學生命起源中心主任紹斯塔克表示，與芝加哥大學分子工程學院、芝加哥大學跨學科分子工程學院和休士頓大學化學工程系合作是很自然的事。
「長期以來，工程師一直在研究這類複合物的物理化學，以及更廣泛的高分子化學。工程學院擁有的專業知識是有道理的，」紹斯塔克說。的時，工程學院擁有的專業知識是有道理的。” 問題時，它非常複雜，有很多部分，我們需要有相關經驗的人參與其中。”
2000年代初，Szostak開始將RNA視為第一個開發的生物材料。
「這就像先有雞還是先有蛋的問題。」阿格拉瓦爾說。分子消息。
Szostak等研究人員推測，RNA是胸部的，用阿格拉瓦爾的話來說，“照顧一切”，然後蛋白質和DNA慢慢地從它進化而來。
「RNA是一種分子，它像DNA一樣可以編碼訊息，但它也像蛋白質一樣折疊，因此它也可以執行催化等功能，」Agrawal說。
RNA可能是第一個生物材料的候選者。
直到Szostak為這個理論澆了一盆冷水，他在2014年發表了一篇論文，顯示聚合中的RNA交換太快了。
「你可以製造各種不同類型的聚集層的開關，但它們不能保持各自的特性。它們往往會太快交換RNA內容。這是一個長期存在的問題，」Szostak說。論文中表明，透過將這些聚集黏附轉移到水中（例如形成任何類型的雨水或淡水），您至少可以克服部分問題，並且它們會在周圍一層堅韌的皮膚上。附。
“思想的自燃”
阿格拉瓦爾在休士頓大學進行博士研究期間開始將凝集轉移到水面上，研究它們在下的行為。 。
「工程師，特別是化學和材料工程師，非常了解如何吸附材料特性，例如表面張力、帶電聚合物的作用、鹽、pH 控制等，」休士頓大學教授 Alamgir Karim 說，他是 Agrawal 的前論文導師“這些都是世界上俗稱的’複雜流體’的關鍵方面——比如洗髮精和液體肥皂。”
阿格拉瓦爾想在攻讀糖尿病期間研究聚集層的其他基本特性。蒂雷爾後來成為芝加哥大學普立茲克分子工程學院的創始帕克。
在與阿格拉瓦爾和卡里姆共進午餐時，蒂雷爾提出了補充水對凝集泵的影響的研究可能與地球生命的起源有關。 。
“我自然而然地說‘雨水！’他的眼睛亮了起來，他對這個建議感到非常興奮，”卡里姆說。
蒂雷爾將阿格拉瓦爾的水研究增加了紹斯塔克，最近加入了芝加哥大學，領導了當時被稱為「生命起源計畫」的計畫。
「我對他說，『你認為在生命起源之前的世界裡補充水是從哪裡來的？』」蒂雷爾回憶道。
透過使用Szostak的RNA樣本，Agrawal發現將凝集結構轉移到水中可以延長RNA交換的時間範圍，從幾分鐘延長到幾天。
「如果你的原始細胞群不穩定，它們就會互相交換遺傳物質並成為克隆。達爾文進化論它們是不可能的，」阿格拉瓦爾說。在他們的基因序列中發生，那麼一個族群就可以進化。
下雨，已檢查
最初，阿格拉瓦爾用這種去離子水進行實驗，水是在實驗室條件下收縮的。
商業實驗室用水證明任何邁阿密，之間透明鹽，並且具有中性pH值，鹼和酸完美平衡。雨水的材料。
還有什麼比下雨較下雨呢？
阿格拉瓦爾說：“我們只是從休斯頓的雨水中收集了水，並測試了其中水滴的穩定性，只是為了確保我們報告的內容是準確的。”
在對實際雨水和模擬雨水酸度的實驗室水進行的測試中，他們發現了相同的結果。
2020年代休士頓上空進化的化學成分不是地球7.5億年後進化的化學成分，阿格拉瓦爾測試的模型原細胞系統也是如此。方法是可能的，並且可以對生命分子的劃分產生共同作用，使研究人員比以往任何時候都更接近允許原始細胞生長的正確化學和環境條件。
“我們經常關注這些原始細胞的分子模型，直到找到更合適的分子替代品，”阿格拉瓦爾說。
