無論是古埃及宗教經(jīng)文還是中國神話都傳說人是泥土做的《圣經(jīng)》說上帝按照自己的形象用黏土捏了一個泥人然后往他的鼻孔吹入生命之氣于是泥人開始呼吸能夠活動自此人類被制造完成中國神話中女媧也是用泥土仿照自己的樣子創(chuàng)造了人類

最新科學(xué)研究認為也許數(shù)千年來的神話傳說有一定道理地球上的所有生命可能都來自于黏土

雖然我們沒有證明‘上帝用地上的塵土造人將生命之氣吹進他的鼻孔里他就成了有靈的活人’美國康奈爾大學(xué)生物工程學(xué)院羅丹Dan Luo教授說但我們已經(jīng)證明在海水中黏土呈現(xiàn)出海綿狀的充滿了水凝膠或微孔的泥團對于生化物質(zhì)而言這已是完美的襁褓足以形成生命的初期形式這一研究最近發(fā)表在《科學(xué)報道》雜志上

尋找廉價水凝膠

水凝膠是以水為分散介質(zhì)的凝膠是一種高分子網(wǎng)絡(luò)體系性質(zhì)柔軟能保持一定的形狀并能吸收大量的水

據(jù)羅丹教授介紹在此之前研究人員通過向合成的水凝膠中加入DNA氨基酸以及正確的酶和少量的細胞機制就可模擬蛋白質(zhì)在細胞內(nèi)的生產(chǎn)過程水凝膠便成為蛋白質(zhì)合成的無細胞媒介這也是生命起源于黏土的實驗依據(jù)

那么如果要利用水凝膠這一媒介大規(guī)模生產(chǎn)蛋白質(zhì)如藥品的制造就需要大量的水凝膠因此研究人員開始尋找一種更為便宜的水凝膠制造方法

尋找工作開始不久康奈爾大學(xué)研究團隊客座教授楊達勇（Dayong Yang）就發(fā)現(xiàn)黏土在海水中可以形成水凝膠

黏土一般由來自巖石中的硅酸鹽礦物在地球表面風(fēng)化作用后形成用水濕潤后具有可塑性在較小壓力下可以變形并能長久保持原狀同時黏土顆粒有很好的物理吸附性和表面化學(xué)活性

研究人員在實驗中探尋黏土與海水形成水凝膠的最佳體積比例

我們將黏土和海水按1:1的體積比例混合后黏土瞬間自發(fā)形成了一個散狀的水凝膠即使將海水和黏土按更大比例混合（海水和黏土體積比從10:1到106:1更符合早期地球的真實場景）黏土水凝膠仍然可以形成研究人員在論文中說

為了進一步探索黏土在海水中形成水凝膠的機制研究人員通過電子顯微鏡動態(tài)光散射和X射線散射等方式觀察黏土水凝膠的形態(tài)特征大小和晶體構(gòu)造

觀察發(fā)現(xiàn)黏土顆粒呈現(xiàn)出圓盤狀圓盤表面為負電荷圓盤邊緣為正電荷這一特殊的構(gòu)造也賦予了黏土顆粒獨特的性質(zhì)在去離子的純水中黏土顆粒呈現(xiàn)均勻散布的形態(tài)在存在離子的海水中這些圓盤會以紙牌屋的形式疊加在一起形成水凝膠

為什么選中了黏土羅教授說黏土的價格十分低廉

三個條件的測試

廉價水凝膠已經(jīng)找到接下來就需要驗證黏土水凝膠能否作為蛋白質(zhì)的合成媒介于是研究人員在黏土形成的水凝膠中進行了蛋白質(zhì)合成實驗

一般來看蛋白質(zhì)的合成包括基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯兩個步驟轉(zhuǎn)錄過程是將細胞核中的DNA轉(zhuǎn)變?yōu)镽NA的過程翻譯則是在核糖體上將RNA變?yōu)榈鞍踪|(zhì)的過程在合成實驗之前研究人員首先測試了蛋白質(zhì)合成所需的前提條件

首先研究人員測試了核酸（DNA和RNA）的附著率測試結(jié)果顯示幾乎100%的DNA分子成功附著在了黏土水凝膠上RNA的附著率大概在10%~60%

這一結(jié)果表明黏土水凝膠可以為基因提供有效的禁錮環(huán)境

僅僅提供有效的附著環(huán)境是遠遠不夠的更重要的是在沒有細胞膜的保護下黏土水凝膠能否為核酸提供一個足夠安全的防護環(huán)境避免核酸遭到破壞

對此研究人員在黏土水凝膠中做了核酸酶降解實驗實驗結(jié)果顯示在沒有黏土水凝膠的保護下核酸很快被核酸降解酶降解掉而在黏土水凝膠保護下的核酸則沒有受到影響

最后一步就是要確認核酸的活性是否受到了影響研究人員測試了DNA核酸聚合酶鏈反應(yīng)的活性結(jié)果顯示DNA的功能在黏土水凝膠環(huán)境中得到了完好的保存

黏土水凝膠促進了蛋白質(zhì)的合成

各項準備工作就緒接下來便是最關(guān)鍵的蛋白質(zhì)合成過程

研究人員向黏土水凝膠中加入DNA氨基酸以及正確的酶和少量的細胞機制結(jié)果沒有讓他們失望

我們驚喜地發(fā)現(xiàn)在黏土水凝膠環(huán)境下基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯功能不僅得到了很好的保存而且還被加強了黏土水凝膠不僅能生產(chǎn)蛋白質(zhì)而且還大大提高了蛋白質(zhì)的產(chǎn)量研究人員說

根據(jù)這一結(jié)果我們認為生物進化過程可能已經(jīng)選擇了特定的酶這種酶在黏土水凝膠的環(huán)境下比在其他環(huán)境中更能發(fā)揮作用羅教授說該研究成果展示了早期生命進化過程中環(huán)境的禁錮作用對生物分子和生化反應(yīng)的重要性并且證實了早期的生命進化可能發(fā)生在黏土水凝膠環(huán)境中研究人員在論文中寫道

意外發(fā)現(xiàn)生命的起源

細胞是生命的基本單位除病毒外所有生物都是由細胞構(gòu)成

細胞膜是細胞表面的一層薄膜起著保護細胞內(nèi)部和控制物質(zhì)進出細胞的作用原始生命向細胞進化所獲得的重要形態(tài)特征之一就是生命物質(zhì)外面出現(xiàn)了一層膜性結(jié)構(gòu)即細胞膜

如今細胞膜為合成蛋白質(zhì)的DNA和RNA提供著保護的屏障根據(jù)這一研究成果研究人員意識到他們的這項發(fā)現(xiàn)或許能解答一個長期以來懸而未決的問題生物分子如何進化為帶膜細胞

2011年借助先進的大型光譜儀美國科學(xué)家在11種富含有機物的含碳隕石中找到了形成DNA與RNA所必需的核堿基在此之前對隕石的研究中科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)能夠合成蛋白質(zhì)成分的氨基酸和能促使細胞形成薄膜隔層的化學(xué)物質(zhì)研究與實驗證明除了來自外層空間沒有別的方法可以解釋這些化學(xué)物質(zhì)的出現(xiàn)因此DNA的起源很可能來自外層空間根據(jù)這一理論一顆墜落地球的流星可能為地球帶來了生命的成分

然而沒有人能夠解釋在沒有細胞膜之前這些生命成分如何聚集在一起進而形成復(fù)雜的生命

許多不同的環(huán)境條件都被認為是原始細胞的進化階段黏土也是其中之一并且黏土礦物質(zhì)可以在一系列地質(zhì)環(huán)境中被找到比如海洋由于黏土中含有豐富的礦物質(zhì)使得它的內(nèi)部構(gòu)造和海綿很相似最重要的是黏土和海洋水共存于早期的地球表面并占據(jù)著主導(dǎo)地位研究人員在論文中說

于是我們猜想在古代的海水中黏土形成了由大量可吸收液體的微小空間構(gòu)成的像海綿一樣的水凝膠其內(nèi)部大量的細小空間可以吸收周圍的礦物質(zhì)化學(xué)成分以及微小分子因此黏土能夠成為孕育微小分子和化學(xué)物質(zhì)的實驗室羅教授說

細胞質(zhì)是處于細胞膜和細胞核之間的黏稠透明的物質(zhì)是進行新陳代謝的主要場所絕大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)都在細胞質(zhì)中進行

之前的研究表明細胞質(zhì)的工作原理與水凝膠很像據(jù)羅教授介紹我們推測在過去幾十億年里被約束在這些空間里的化學(xué)物質(zhì)可能發(fā)生了復(fù)雜的反應(yīng)從而形成了蛋白質(zhì)DNA以及最終生成活細胞的各種系統(tǒng)而黏土形成的水凝膠可能對上述化學(xué)過程起到了禁錮和保護作用直至生物分子發(fā)育出將活細胞包裹在一起的細胞膜

為進一步檢驗這種觀點考慮到現(xiàn)代海水環(huán)境可能與古代海水環(huán)境非常不同研究人員測試了各種環(huán)境條件對黏土水凝膠形成的影響包括鐵濃度PH值溫度和二氧化碳含量

測試結(jié)果顯示黏土水凝膠在各種環(huán)境中表現(xiàn)出了高度一致性這一現(xiàn)象說明黏土水凝膠微環(huán)境很容易在許多古代地質(zhì)和環(huán)境下形成

我們相信在這些環(huán)境下黏土水凝膠的存在時間將被大大延長符合進化的需要研究人員寫道

時間上的巧合

除此之外黏土可能是生命的起源這一推測還有進一步的證據(jù)

據(jù)地質(zhì)歷史資料記載黏土在地球上首次出現(xiàn)的時間與生物分子開始形成不完整的原始細胞并最終形成膜封閉細胞的時期相吻合地質(zhì)事件與生物事件的發(fā)生時期剛好相同這不僅僅是巧合這也進一步證實了研究人員的推測

據(jù)羅教授介紹如果能夠找出在地球早期漩渦攪動的惡劣海洋環(huán)境下最早的生物分子如何發(fā)現(xiàn)并躲藏于黏土水凝膠中并完成了后來原始細胞進化的過程就可以幫助生物學(xué)家更詳細地解釋生命的起源