苏州市住房和城乡建设局政务网站,做网站设计师,网站开发制作费入会计科目,无极网最新招聘信息来源#xff1a;原理当Caitlin Cornell低头看显微镜时#xff0c;她看见黑色的背景下浮现出一些大大的明亮斑点。它们就像微缩的太阳#xff0c;在深色的太空幕布下闪耀着光芒。Conell回忆起把这些斑点展示给她的导师Sarah Keller时的兴奋#xff0c;那时她们意识到#x… 来源原理当Caitlin Cornell低头看显微镜时她看见黑色的背景下浮现出一些大大的明亮斑点。它们就像微缩的太阳在深色的太空幕布下闪耀着光芒。Conell回忆起把这些斑点展示给她的导师Sarah Keller时的兴奋那时她们意识到这些斑点或许能解开一个长久以来与生命起源有关的困惑。生物细胞尽管千变万化但所有的这些生物细胞都包含三个基本元素能编码信息、且能被复制的分子即DNA以及相对简单的RNA能执行重要任务的蛋白质分子能将它们全部包裹起来的由脂肪酸构成的膜。在很久很久以前在动植物甚至细菌都还未出现的时候所有的生命前体即原始细胞很可能就都有这三个部分RNA、蛋白质、细胞膜。细胞膜是至关重要的存在。如果没有它们来约束其他分子那么这些分子就会四处飘散最后什么也不落下。而细胞膜把它们集中了起来将一个由无序的化学物质组成的无生命世界转变成了一个充满了形形色色的生命的世界而创造出这些“隔间”是生命出现的关键。早期的细胞膜是由脂肪酸构成的脂肪酸分子看起来点像棒棒糖它们有着圆圆的头和长长的尾头部亲水尾部疏水。因此当它们与水相遇时就会自我组装成空心的球体疏水的尾部指向内部而亲水的头部露在表面。这些球体可以包裹住RNA和蛋白质形成原始细胞。这样一来脂肪酸就能自动地创造出生命出现所必需的细胞隔间。但这一切似乎美好得令人难以置信因为生命最初是出现在海洋中的而海水中的盐会对脂肪酸球体的稳定性带来灾难性的破坏此外镁和铁等内离子还会导致球体的坍缩但早期原生细胞的另一个关键成分RNA是需要这些离子的。这样一来问题就出现了当生命起源所需的隔间会被当时的环境以及生命赖以生存的物质摧毁时生命最初又是如何产生的呢Cornell和Keller找到了这个悖论的答案。她们发现只要有氨基酸存在这些球体就能同时承受盐离子和镁离子。氨基酸是构成蛋白质的简单分子Cornell在她的显微镜下所看到的微缩太阳就是氨基酸和脂肪酸的混合物这些“微缩太阳”在有盐的环境下仍然完好地保持球形。○ 用透射低温电镜拍摄的膜的图像。上细胞膜在不含氨基酸的溶液里。下细胞膜在含有丝氨酸的溶液中丝氨酸是一种氨基酸它能促使膜形成多层的同心膜。标尺100纳米 | 图片来源Alex Mileant/Caitlin Cornell这简直太神奇了这意味着作为生命的两个基本组成部分原始细胞的细胞膜和蛋白质会为彼此的存在提供条件。通过粘在脂肪酸上氨基酸给脂肪酸带来了稳定性脂肪酸又反过来浓缩了氨基酸促使它们结合成蛋白质。Keller用了一个网球和壁球的例子来解释提高分子的局部浓度的机制。她将不同类型的分子在原始汤中的运动比作是毛糙的网球和坚硬的壁球在一个不断震动的大盒子里来回撞击这时如果给盒子的一个内面贴上尼龙搭扣那么到处撞击的网球就会粘在那个表面上最终所有的网球都会全部紧密地粘在一起。这几乎是一个完全偶然的发现。起初Keller是想要着手解决另一个问题。那是一个由她的同事Roy Black向她提出的问题。他指出没有人真正了解在最初的时候原始细胞的三个要素——RNA、蛋白质和膜究竟是如何组装的。似乎大家都只是将这种重要的趋同归因于某种随机事件。而Black则认为膜本身才是关键如果脂肪酸能够粘附上蛋白质和RNA的成分它们就可以在自我组装的时候将这些生命的构建块聚集在一起。为了验证这一说法Cornell培养了一种含有三种不同氨基酸的脂肪酸这是三种人们认为在原始地球上就存在的氨基酸。果然正如Black所怀疑的那样这些分子会相互作用。但当她在显微镜下观察时Cornell还发现了一些特别的事情。脂肪酸如预期的那样自我组装成了空心球体它们有着透明的内部和非透明的边缘像水母一样四处漂浮。如果加入盐或镁离子这些“水母”就会分解。但如果她在加入了氨基酸后再这样做这些“水母”就能就维持形状。更重要的是它们的形态变成了像是会发光的洋葱它们曾经中空的中心填充了另一层脂肪酸——球体内产生了另一个球体。而并非巧合的是真实的生物细胞就是这样的细胞膜不是由一层脂肪酸组成的而是两层。○ 用透射低温电镜拍摄的膜的图像。上细胞膜在没有氨基酸的氯化镁溶液中氯化镁是一种能破坏膜的盐。下细胞膜在氯化镁和丝氨酸溶液中。标尺100纳米 | 图片来源Alex Mileant/Caitlin Cornell因此氨基酸的存在不仅保护了脂肪酸球体而且还使它们成为了更明显的生物。这是为什么Keller笑着说“我们不知道我们也无从预测到它们会这样。现在的我们正处于一个为未来理论打开了大门的美妙位置。”这是一项重要的发现。此前也有其他研究发现过氨基酸、脂肪酸膜和RNA之间的两两相互作用但Cornell和Keller的研究有效地将这三者都联系在了一起。氨基酸让细胞膜可以在有镁的情况下存在而镁是RNA可发挥功能所必需的元素。○ 第一批细胞的组成部分如何在细胞膜上共存的模型。左原始汤中的细胞膜、RNA和蛋白质的组成部分。中洗标膜形成灰色圆圈并与一些新的构建块结合对膜起到稳定作用。右被膜包裹的功能性RNA和蛋白质。| 图片来源Roy Black/Sarah Keller一直以来与生命起源有关的研究都存在很多争议。其实就算是对此刻正在发生的事情科学家也经常会产生激烈的分歧更不用说是发生在35亿年前的事。有的研究人员认为生命起源于浅浅的火山池有的则认为生命起源于水下热泉口。幸运的是Keller的想法在两种环境下都能行得通。她说“我是不可知论者我为能使原始细胞的概念更有可能独立于位置而感到兴奋。”现在她正在研究原始细胞在组装之后会发生什么。当然有一个能包含制造蛋白质和RNA所需的构件块的隔间但是这些单独的构建块是如何结合起来形成更大的分子的呢Cornell说这是个很难回答的问题也是她们接下来将要研究的问题。参考链接[1] https://www.theatlantic.com/science/archive/2019/08/interlocking-puzzle-allowed-life-emerge/595945/[2] https://www.washington.edu/news/2019/08/12/protein-building-blocks-stabilize-membranes/张亚勤、刘慈欣、周鸿祎、王飞跃、约翰.翰兹联合推荐这是一部力图破解21世纪前沿科技大爆发背后的规律与秘密深度解读数十亿群体智能与数百亿机器智能如何经过50年形成互联网大脑模型详细阐述互联网大脑为代表的超级智能如何深刻影响人类社会、产业与科技未来的最新著作。《崛起的超级智能;互联网大脑如何影响科技未来》2019年7月中信出版社出版。刘锋著。了解详情请点击【新书】崛起的超级智能互联网大脑如何影响科技未来未来智能实验室是人工智能学家与科学院相关机构联合成立的人工智能互联网和脑科学交叉研究机构。未来智能实验室的主要工作包括建立AI智能系统智商评测体系开展世界人工智能智商评测开展互联网城市云脑研究计划构建互联网城市云脑技术和企业图谱为提升企业行业与城市的智能水平服务。 如果您对实验室的研究感兴趣欢迎加入未来智能实验室线上平台。扫描以下二维码或点击本文左下角“阅读原文”
