(資料圖片僅供參考)

生命起源的一種可能情況是相互作用的分子自發(fā)組織成細(xì)胞狀的液滴，這些分子種類將形成第一個自我復(fù)制的代謝循環(huán)。根據(jù)這種范式，第一個生物分子需要通過緩慢且整體低效的過程聚集在一起。如此緩慢的分子簇形成，似與生命出現(xiàn)的速度不相匹配。但德國馬克斯·普朗克動力學(xué)與自組織研究所團(tuán)隊現(xiàn)在提出了一種替代模型，可解釋這種簇的形成以及形成生命所需的化學(xué)反應(yīng)的快速發(fā)生。研究發(fā)表在最新一期《自然·通訊》雜志上。

新模型描述了代謝循環(huán)中催化劑的自組織。不同種類的催化劑(以不同顏色表示)形成簇并且可以相互追逐。

圖片來源：馬克斯·普朗克動力學(xué)與自組織研究所

研究人員稱，他們在一個簡單的代謝循環(huán)中考慮了不同的分子，其中每個種類都會產(chǎn)生一種化學(xué)物質(zhì)，供下一個種類使用。模型僅需考慮分子的催化活性、它們遵循其產(chǎn)生和消耗的化學(xué)物質(zhì)濃度梯度的能力，以及循環(huán)中分子順序的信息。因此，該模型顯示了催化簇的形成，包括各種分子種類。此外，簇的生長速度呈指數(shù)級增長，因此分子可非常快速地大量組裝成動態(tài)結(jié)構(gòu)。

參與代謝循環(huán)的分子種類數(shù)量在形成的簇結(jié)構(gòu)中起著關(guān)鍵作用。模型可產(chǎn)生自組織的各種場景，并對參與分子種類產(chǎn)生的功能優(yōu)勢作出具體預(yù)測。值得注意的是，這一新提出的場景所需的相互作用，普遍存在于所有代謝周期中。

在另一項研究中，研究人員同時證明了復(fù)雜相互作用可以創(chuàng)建自組織結(jié)構(gòu)的新條件。總的來說，這兩項研究提出的新見解為復(fù)雜生命如何從簡單分子中誕生的理論增添了另一種機(jī)制，更普遍地揭示了參與代謝網(wǎng)絡(luò)的催化劑如何形成結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：