科學家發現可能引發地球「生命起源」的地質環境

近日，一項發表在《eLife》上的研究揭示了一種可能引發地球上生命起源的地質環境。研究人員發現，在特定的地質條件下，「核酸」——生命的基本遺傳構建塊，可以實現自我複製，這或許為解開生命起源之謎提供了新的線索。

眾所周知，生命的起源一直是科學界未解的謎團。其中一個廣為接受的理論是，遺傳物質的複製，即DNA和RNA的複製，是生命起源的關鍵步驟。RNA分子不僅可以儲存遺傳信息，還能催化自身的複製，這使得它們能夠突變、演化並適應多種環境，最終編碼出生命的蛋白質構建塊。

然而，為了實現這一過程，RNA鏈需要在高鹽和高核酸濃度的環境下完成複製並進行「鏈分離」。但在這樣的環境中，鏈分離是一項艱巨的任務，通常需要溫度變化來實現，這又可能導致核酸的降解。

為了解決這一難題，慕尼黑大學的研究團隊模擬了一種簡單而普遍存在的地質場景：水通過岩石孔隙向上流動，並在與橫向氣體流相交的地方蒸發。這種設置在早期地球的火山島上非常常見，提供了核酸合成所需的乾燥條件。

環境渦旋流動和鹽濃度變化可促進DNA雙鏈分離

在實驗室中，他們構建了這一模型，觀察氣體和水的流動如何影響核酸的行為。通過使用螢光標記的DNA片段，他們發現核酸確實在氣水界面處積累。在實驗開始的五分鐘內，DNA鏈的積累增加了三倍；一小時後，這一數字達到了30倍。

更有趣的是，他們發現這種環境下的渦旋流動和鹽濃度的變化可以促進DNA雙鏈的分離，而無需溫度的變化。這是通過FRET光譜技術測量DNA鏈的分離程度得出的結果。數據顯示，在氣水界面處，DNA雙鏈最初形成，但隨著時間推移，單鏈DNA的比例增加，表明雙鏈正在分離。

為了進一步驗證這一環境能否支持核酸的複製，他們添加了帶有螢光標記的核酸和能夠合成雙鏈DNA的酶。在恆定的溫度下，經過兩個小時，他們觀察到螢光信號增強，這意味著雙鏈DNA的數量增加了。而當他們關閉氣體和水的流動時，沒有觀察到這種現象。

這項研究的重要性在於，它為生命如何在地球上起源提供了一種可行的物理機制。研究團隊指出，這種簡單的地質結構可能在早期地球上廣泛存在，為核酸的富集、複製和分離提供了理想的環境。正如研究的資深作者Dieter Braun教授所說：「我們的發現大大擴展了可能支持早期生命複製的環境範圍，為理解生命在其他星球上如何可能出現提供了新的視角。」

這項研究發表在最新一期的《eLife》。

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圖片來源：eLIFE(CC BY 4.0)

參考論文：
Prebiotic gas flow environment enables isothermal nucleic acid replication eLIFE

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