科技日报记者 张梦然
生命起源的一种可能情况是相互作用的分子自发组织成细胞状的液滴，这些分子种类将形成第一个自我复制的代谢循环。根据这种范式，第一个生物分子需要通过缓慢且整体低效的过程聚集在一起。如此缓慢的分子簇形成，似与生命出现的速度不相匹配。但德国马克斯·普朗克动力学与自组织研究所团队现在提出了一种替代模型，可解释这种簇的形成以及形成生命所需的化学反应的快速发生。研究发表在最新一期《自然·通讯》杂志上。
新模型描述了代谢循环中催化剂的自组织。不同种类的催化剂（以不同颜色表示）形成簇并且可以相互追逐。
图片来源：马克斯·普朗克动力学与自组织研究所
研究人员称，他们在一个简单的代谢循环中考虑了不同的分子，其中每个种类都会产生一种化学物质，供下一个种类使用。模型仅需考虑分子的催化活性、它们遵循其产生和消耗的化学物质浓度梯度的能力，以及循环中分子顺序的信息。因此，该模型显示了催化簇的形成，包括各种分子种类。此外，簇的生长速度呈指数级增长，因此分子可非常快速地大量组装成动态结构。
参与代谢循环的分子种类数量在形成的簇结构中起着关键作用。模型可产生自组织的各种场景，并对参与分子种类产生的功能优势作出具体预测。值得注意的是，这一新提出的场景所需的相互作用，普遍存在于所有代谢周期中。
在另一项研究中，研究人员同时证明了复杂相互作用可以创建自组织结构的新条件。总的来说，这两项研究提出的新见解为复杂生命如何从简单分子中诞生的理论增添了另一种机制，更普遍地揭示了参与代谢网络的催化剂如何形成结构。
总编辑圈点：
生命起源是个让人着迷的话题。复杂混沌的系统变得有序，一潭死水中出现生机，非生物在合适的条件下成为生物……这些变化究竟如何发生？有假说认为，最开始的生命可能由一些简单分子通过自组织形成原始代谢，只是这种假说无法解释生命形成的速度。本文的研究发现，若有合适种类的分子，每个种类都产生一种化学物质供下一个种类使用，就可以快速大量创建自组织结构，从而更有力解释了生命起源中分子自组织的过程。