关于生命的起源：代谢活动成功融入合成细胞膜
艺术家渲染图展示了能量的漩涡以及某些脂质和脂肪酸如何聚集形成膜。这一过程是循环的，因为各组分会聚集和分离，能量也会被添加和移除。来源：Zhen Xu
（蜘蛛网eeook.com）据加州大学圣地亚哥分校（作者：米歇尔·富兰克林）：在地球生命演化的某个阶段，无机物变成了有机物，无生命物质变成了有生命物质。这一过程是如何发生的，是人类最大的谜团之一。如今，科学家们致力于开发模仿活细胞的合成细胞，希望找到线索来回答这个问题：地球上的生命是如何开始的？
尽管生命没有单一的定义，但在生物学中，有三个要素反复出现：
细胞区室化——一种将细胞内部与外界环境分隔开的屏障；
新陈代谢——通过构建和分解分子来执行细胞功能；以及
选择——一个某些分子比其他分子更受青睐的过程。
过去，研究人员一直关注的是细胞器区室化，而非代谢。然而，这种分子构建与分解的循环是活细胞如何对环境刺激做出反应、复制和进化的关键方面。
现在，加州大学圣地亚哥分校的研究人员设计了一个能够合成细胞膜并融入代谢活动的系统。他们的研究成果发表在《自然化学》杂志上，并被选为2025年6月刊的封面文章。
“缺乏代谢网络的细胞会陷入停滞——它们无法重塑、生长或分裂，”加州大学圣地亚哥分校默里·古德曼化学与生物化学特聘教授、该论文的首席研究员尼尔·德瓦拉杰表示。“今天的生命已经高度进化，但我们想了解，在更复杂的生物学进化出现之前，代谢是否能在非常简单的化学系统中发生。”
脂质是脂肪化合物，在许多细胞功能中发挥着至关重要的作用。在活细胞中，脂质膜作为屏障，将细胞与外部环境隔离开来。脂质膜具有动态性，能够根据细胞需求进行重塑。
作为理解活细胞如何进化的关键步骤，德瓦拉杰的实验室设计了一个系统，在该系统中，脂质不仅可以形成膜，而且还可以通过新陈代谢将其分解。他们创建的系统是非生物的，即仅使用非生命物质。这对于理解生命如何在只有非生命物质存在的生命起源前的地球上出现至关重要。
“我们正在努力回答一个基本问题：具备生命特性的最小系统是什么？”德瓦拉杰实验室的博士后学者、该论文的第一作者亚历山德罗·弗拉卡西说道。
他们创造的化学循环使用化学燃料来激活脂肪酸。随后，脂肪酸与溶血磷脂结合，生成磷脂。这些磷脂会自发形成膜，但在缺乏燃料的情况下，它们会分解并恢复到脂肪酸和溶血磷脂的原始状态。循环由此重新开始。
既然他们已经证明自己能够制造出人造细胞膜，他们希望继续增加复杂程度，直到创造出一种具有更多我们称之为“生命”特性的东西
“我们对活细胞及其构成有了很多了解，”弗拉卡西（Fracassi）说道，“但如果你把所有单独的组成部分都列出来，我们实际上并不明白如何将它们组合起来，使细胞发挥其应有的功能。我们正试图一层一层地重建一个原始但功能齐全的细胞。”
除了揭示生命如何在非生物环境中起源外，人造细胞的发展还具有现实世界的影响。随着我们对地球上生命起源的理解不断深入，未来几十年内，药物输送、生物制造、环境修复、仿生传感器等领域都将迎来无限可能。
“我们可能在未来10年或20年都看不到这类进步，”德瓦拉吉指出，“但我们现在就必须着手工作，因为我们还有很多东西要学。”
