美國科學家最近成功在實驗室構建了原細胞模型，并探索了這些地球最初的細胞如何與周圍環境進行相互作用。相關論文6月4日在線發表于《自然》（Nature）雜志。
原細胞（protocell）是人們對35億年前地球最原始的生命的設想，它擁有最簡單、原始的結構，但卻能夠構建、復制、容納DNA。在沒有確鑿記錄的情況下，原細胞計劃開辟了一條有效的途徑，讓人類可以探索地球最早生命的形態、生長和繁殖以及與環境相互作用機制。
圖片說明：包含脂肪酸膜和DNA鏈的原細胞模型圖。（圖片來源：Janet Iwasa, Szostak Laboratory, Harvard Medical School and Massachusetts General Hospital）
在最新研究中，由美國哈佛大學醫學院、麻州總醫院Jack W. Szostak領導的研究小組發現，由脂肪酸構成的原細胞薄膜可以讓環境中的化學物質，包括DNA構建材料進入細胞內部，而無需今天細胞膜運轉物質所需的蛋白通道、膜孔或者離子泵。同樣，這些原細胞也不需要酶來進行DNA復制。
物質如何進入不具有現代細胞膜運輸機制的細胞，一直是個謎團。Jack W. Szostak說，“我們的研究表明，極為原始的細胞或許是從環境中吸收營養，而不必在內部制造這些物質。這支持了兩種對立理論的其中之一。”
一些科學家曾提出，遠古海底熱液區或許是前生分子（prebiotic molecules）的存在地，這些分子包括脂肪酸、氨基酸等。Szostak等人的理論假想表明，脂肪酸可形成于海底礦石的表面，并在間歇泉爆發中被帶到地表。當這些脂肪酸處于有水環境中時，它們的親水端和疏水端都會有序地排列，當水分蒸發后，最終形成了微小的脂肪酸球體——膠團（micelle）（觀看動畫）。依靠化學濃度和環境的PH值，這些膠團可以形成分層的膜或者囊泡（vesicle）（觀看動畫）。
研究人員仔細分析了由不同脂肪酸分子構成的囊泡，并且找到了能夠讓外界分子通過的特殊膜特征。他們發現，盡管較大的DNA或RNA鏈無法通過脂肪酸膜，但單糖分子和單個核苷酸很容易進入原細胞內部。
當研究人員剛開始工作時，他們并不確定復制原細胞遺傳物質所需的材料能夠直接進入細胞內。Szostak說，“通過證實這可以發生，而且的確是相當有效地發生，我們離構建能夠自我分裂的功能性原細胞的目標又進了一步。”
（《自然》（Nature），doi:10.1038/nature07018，Sheref S. Mansy, Jack W. Szostak）
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《自然》論文摘要
麻州總醫院報道全文
Jack W. Szostak個人主頁
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