聚酯化学突出了微滴在生命起源中的可能作用

长期以来，科学家们一直着迷于地球上生命的起源，即从简单的前生物有机分子向活细胞系统的转变。这些化学反应是如何发生的，又是如何推动化学演化的?

前生物化学是研究有机化合物如何在地球上生命起源的过程中形成和自组织的研究。已经提出了不同的初始益生元化合物用于聚合步骤，据称在化学演化中起驱动作用。根据对生命非生物起源的推测，与现代生物化学无关的前生物有机化合物实际上也可能在化学进化中发挥了重要作用。

因此，2019年，地球生命科学研究所(ELSI)的研究人员首次提出了基于聚酯微滴的原始细胞模型。由日本东京工业大学ELSI的研究人员领导的一项新的国际和跨学科研究合作现在探索了合成和组装聚酯微滴的合适条件。他们的结果表明，聚酯微滴形成的条件比以前理解的要宽得多，这使它们成为一种可行的原始细胞模型候选者。

聚酯微滴可以在α-羟基酸(αHA)单体的益生元合成后通过连续脱水和再水化形成，这在早期地球上可能由于大气排放或陨石输送而丰富。因此，由于早期地球上αHA的广泛可用性、它们的易于合成和功能特性，聚酯微滴可能是一种合理的原始细胞模型。

然而，早期的地球环境非常多样化和混乱，变化不断且迅速。为了使聚酯微滴参与化学演化，有必要了解它们在早期地球上的易得性或形成的难易程度。虽然已在实验室的受控条件下证明了聚酯微滴组装的形成，但在广泛的环境条件下对该过程的更详细表征仍有待探索。

现在，由ELSI研究人员领导的国际研究合作团队在了解生命起源方面迈出了下一步。研究小组研究了脱水反应的温度和初始αHA单体手性(在许多结构方面的重要化学性质)对原始聚酯合成、聚合物链长度和随后由两种特定αHA组装的微滴的影响：乳酸和苯乳酸。

“我们发现将反应温度提高到一定量会导致聚酯聚合物产品更长，同时增加液滴组装的倾向。我们认为液滴组装需要长聚酯产品，因为低温导致聚酯产品短没有显示液滴组装​​，”该论文的共同通讯作者TonyZ.Jia说。

该团队还观察到，αHA单体手性的变化在乳酸和苯乳酸的脱水反应过程中并没有导致任何明显可观察到的差异。发现聚合物产物长度相同，并且液滴组装倾向与单体手性无关。然而，作者指出，单体手性仅针对两种特定的αHA单体进行了探测，其他单体可能表现不同。

“我们甚至发现，一些部分可溶的样品仍然会形成聚酯产品并组装成液滴。所有这些都表明，聚酯微滴的形成条件可能比以前认为的要宽得多，”贾说。这一发现至关重要，因为并非所有的益生元化合物都完全溶于早期地球可用的溶剂中。

部分可溶单体的脱水也可导致聚酯形成，随后再水合导致液滴形成。即使是部分可溶的化学物质也可能参与了生命前的化学过程，这一事实表明，有更多的条件有利于原始原始细胞微液滴的组装，这表明这种隔间在早期地球上可能比以前预期的更为普遍。

“虽然我们已经探索了一些促进原始聚酯合成和微​​滴组装的新条件，但我们的工作还远未完成。我们只探索了温度和手性对两个αHA系统的影响。还有更多的益生元合理的αHA单体，它可能有必要对更多种类的类似参数进行探索。总的来说，我们有兴趣进一步探索这一假设，并提供与其他模型的比较和对比，”共同通讯作者KuhanChandru总结道，他(与贾一起)开始了这项研究是五年多前在ELSI进行的。

这项工作现已发表在MacromolecularChemistryandPhysics上，可以为许多新实验打开大门，例如探索单体浓度、反应体积等方面的差异，并最终为更好地了解生命是如何形成的铺平道路在这个星球上。