世界不思議

地球上第一個細胞長什麼樣子?


挪威奧斯陸大學的一項新研究證實,「原始細胞」(protocells)可能具有自發形成的、特殊氣泡狀隔室。這些隔室內部包裹著小分子和已成形的「子」原始細胞。

長期以來,科學家們一直在推測:我們的單細胞祖先可能具有什麼樣的特徵?這些特徵以怎樣的順序出現?氣泡狀的隔室是真核總界生物的標識,人類及酵母等許多物種在此之列。不過,如今的真核總界生物具有許多專門的分子來幫助生產、塑造細胞內的氣泡。

科學家很好奇,先出現的是氣泡還是這些分子呢?奧斯陸大學Irep Gözen實驗室的研究生Karolina Spustova和同事們開展的一項新研究表明,只需幾個關鍵部件,這些小氣泡就可以自動生成,封裝分子,並在沒有幫助的情況下分裂。2月24日,Spustova在第65屆生物物理學會年會上展示了她的研究成果。

我們的單細胞祖先在38億年前誕生,早於細菌。這些「原始細胞」是否有氣泡狀的隔室仍然是個謎。在很長一段時間裡,科學家們認為這些脂泡可以將真核總界生物與其他有機體(如細菌)區分。正因如此,他們認為隔室可能是在細菌出現之後形成的。但最近的研究表明,細菌也有專門的隔室,這讓Gözen的研究團隊產生了疑問——在細菌之前出現的原始細胞是否也有這種結構?如果有,它們又是怎麼形成的呢?

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研究小組將形成現代細胞隔室的脂質(稱為磷脂)與水混合,並將混合物放在類似礦物的表面上。他們發現,大的氣泡會自發形成,而在這些氣泡中,會有小的氣泡。為了測試這些隔室是否可以封裝小分子,研究小組添加了螢光染料。他們觀察到這些氣泡能夠吸附並附著染料。他們觀察到了氣泡分裂的現象,這些氣泡留下了更小的「子」氣泡,這「有點像第一個細胞的簡單分裂,」Spustova說。所有這些都能在沒有任何分子機制的情況下發生,也不需要額外的能量。

38億年前在地球上發生的這種情況並非不可思議。Gözen解釋,水應該是充足的,而且研究中使用的矽和鋁,存在於天然岩石中。研究表明,磷脂分子可能是在早期地球條件下合成的,或者是伴隨隕石到達地球的。Gözen說:「這些分子已經達到形成磷脂隔室的臨界濃度。」因此,在地球所有生物之前出現的遠古「原始細胞」具備了自發形成氣泡狀隔室所需的一切條件。

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