藝術家渲染圖展示了能量的漩渦以及某些脂質和脂肪酸如何聚集形成膜 。這一過程是循環的，因為各組分會聚集和分離，能量也會被添加和移除 。來源：Zhen Xu
據加州大學圣地亞哥分校（作者：米歇爾·富蘭克林）：在地球生命演化的某個階段，無機物變成了有機物，無生命物質變成了有生命物質 。這一過程是如何發生的 ， 是人類最大的謎團之一 。如今，科學家們致力于開發模仿活細胞的合成細胞 ， 希望找到線索來回答這個問題：地球上的生命是如何開始的？
盡管生命沒有單一的定義，但在生物學中，有三個要素反復出現：
細胞區室化——一種將細胞內部與外界環境分隔開的屏障；新陳代謝——通過構建和分解分子來執行細胞功能；以及選擇——一個某些分子比其他分子更受青睞的過程 。
過去，研究人員一直關注的是細胞器區室化 ， 而非代謝 。然而，這種分子構建與分解的循環是活細胞如何對環境刺激做出反應、復制和進化的關鍵方面 。
現在，加州大學圣地亞哥分校的研究人員設計了一個能夠合成細胞膜并融入代謝活動的系統 。他們的研究成果發表在《自然化學》雜志上 ， 并被選為2025年6月刊的封面文章 。
“缺乏代謝網絡的細胞會陷入停滯——它們無法重塑、生長或分裂，”加州大學圣地亞哥分校默里·古德曼化學與生物化學特聘教授、該論文的首席研究員尼爾·德瓦拉杰表示 ?！敖裉斓纳呀浉叨冗M化，但我們想了解，在更復雜的生物學進化出現之前，代謝是否能在非常簡單的化學系統中發生 ?！?br>脂質是脂肪化合物，在許多細胞功能中發揮著至關重要的作用 。在活細胞中，脂質膜作為屏障，將細胞與外部環境隔離開來 。脂質膜具有動態性，能夠根據細胞需求進行重塑 。
作為理解活細胞如何進化的關鍵步驟 ， 德瓦拉杰的實驗室設計了一個系統，在該系統中，脂質不僅可以形成膜，而且還可以通過新陳代謝將其分解 。他們創建的系統是非生物的，即僅使用非生命物質 。這對于理解生命如何在只有非生命物質存在的生命起源前的地球上出現至關重要 。
“我們正在努力回答一個基本問題：具備生命特性的最小系統是什么？”德瓦拉杰實驗室的博士后學者、該論文的第一作者亞歷山德羅·弗拉卡西說道 。
他們創造的化學循環使用化學燃料來激活脂肪酸 。隨后，脂肪酸與溶血磷脂結合 ， 生成磷脂 。這些磷脂會自發形成膜，但在缺乏燃料的情況下，它們會分解并恢復到脂肪酸和溶血磷脂的原始狀態 。循環由此重新開始 。
既然他們已經證明自己能夠制造出人造細胞膜，他們希望繼續增加復雜程度，直到創造出一種具有更多我們稱之為“生命”特性的東西
“我們對活細胞及其構成有了很多了解，”弗拉卡西（Fracassi）說道，“但如果你把所有單獨的組成部分都列出來，我們實際上并不明白如何將它們組合起來，使細胞發揮其應有的功能 。我們正試圖一層一層地重建一個原始但功能齊全的細胞 ?！?br>除了揭示生命如何在非生物環境中起源外，人造細胞的發展還具有現實世界的影響 。隨著我們對地球上生命起源的理解不斷深入，未來幾十年內 ， 藥物輸送、生物制造、環境修復、仿生傳感器等領域都將迎來無限可能 。
“我們可能在未來10年或20年都看不到這類進步，”德瓦拉吉指出，“但我們現在就必須著手工作，因為我們還有很多東西要學 ?！?br/>
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