生命是一個非平衡系統(tǒng)，其非平衡條件對早期生命的第一種信息聚合物的組裝至關(guān)重要，因為可以允許它們在持久環(huán)境中不斷形成和富集。近期，路德維希馬克西米利安大學(xué)的Dieter Braun教授等深入探索了水中的氣泡是如何承受溫度梯度變化的影響，他們認(rèn)為這可能是地球早期地殼鎂鐵質(zhì)巖石中的一種情況，可以驅(qū)動復(fù)雜的、不斷富集的生物分子前驅(qū)體。 

研究發(fā)現(xiàn)，核糖酶RNA前體、單體、核糖酶、寡核苷酸和脂質(zhì)經(jīng)歷了一個30 min的變化：(1) RNA磷酸化的核心步驟，干、濕狀態(tài)之間的周期性循環(huán)，(2)積累在氣水界面大大增加核糖酶的活性，(3)凝結(jié)成水凝膠，(4)形成純晶體和(5)封裝成保護(hù)囊泡聚集體，隨后進(jìn)行裂變。這些發(fā)現(xiàn)對于生物聚合物的形成機(jī)理研究至關(guān)重要，研究者認(rèn)為加熱的微氣泡可能承載了分子進(jìn)化的第一個周期。

研究人員利用3D打印構(gòu)建了模擬火山巖的微流控器件，用于觀察重要的生命分子在液-氣界面的動力學(xué)行為。圖片來源：Nat. Chem.

研究人員利用3D打印制作了一個多孔的微流控器件來模擬火山巖的結(jié)構(gòu)，并使其部分被水淹沒。對該器件局部加熱后，器件內(nèi)部會產(chǎn)生溫差，在脫氣原理的作用下，高溫的部分會自發(fā)地產(chǎn)生大量氣泡。

氣泡周圍的DNA分子發(fā)生了明顯的聚集。圖片來源：Nat. Chem.

MatthiasMorasch, Jonathan Liu, Christina F. Dirscherl, Alan Ianeselli, Alexandra Kühnlein, Kristian Le Vay, Philipp Schwintek, Saidul Islam, Mérina K. Corpinot, Bettina Scheu, Donald B. Dingwell, Petra Schwille,Hannes Mutschler, Matthew W. Powner, Christof B. Mast & Dieter Braun. Heated gas bubbles enrich, crystallize, dry,phosphorylate and encapsulate prebiotic molecules. Nat. Chem.,2019

DOI:10.1038/s41557-019-0299-5

https://www.nature.com/articles/s41557-019-0299-5