總編輯圈點|德科研團隊提出新模型：分子自組織或揭示生命起源

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科技日報記者?張夢然

生命起源的一種可能情況是相互作用的分子自發組織成細胞狀的液滴，這些分子種類將形成第一個自我復制的代謝循環。根據這種范式，第一個生物分子需要通過緩慢且整體低效的過程聚集在一起。如此緩慢的分子簇形成，似與生命出現的速度不相匹配。但德國馬克斯·普朗克動力學與自組織研究所團隊現在提出了一種替代模型，可解釋這種簇的形成以及形成生命所需的化學反應的快速發生。研究發表在最新一期《自然·通訊》雜志上。

新模型描述了代謝循環中催化劑的自組織。不同種類的催化劑（以不同顏色表示）形成簇并且可以相互追逐。圖片來源：馬克斯·普朗克動力學與自組織研究所

研究人員稱，他們在一個簡單的代謝循環中考慮了不同的分子，其中每個種類都會產生一種化學物質，供下一個種類使用。模型僅需考慮分子的催化活性、它們遵循其產生和消耗的化學物質濃度梯度的能力，以及循環中分子順序的信息。因此，該模型顯示了催化簇的形成，包括各種分子種類。此外，簇的生長速度呈指數級增長，因此分子可非常快速地大量組裝成動態結構。

參與代謝循環的分子種類數量在形成的簇結構中起著關鍵作用。模型可產生自組織的各種場景，并對參與分子種類產生的功能優勢作出具體預測。值得注意的是，這一新提出的場景所需的相互作用，普遍存在于所有代謝周期中。

在另一項研究中，研究人員同時證明了復雜相互作用可以創建自組織結構的新條件。總的來說，這兩項研究提出的新見解為復雜生命如何從簡單分子中誕生的理論增添了另一種機制，更普遍地揭示了參與代謝網絡的催化劑如何形成結構。

總編輯圈點：

生命起源是個讓人著迷的話題。復雜混沌的系統變得有序，一潭死水中出現生機，非生物在合適的條件下成為生物……這些變化究竟如何發生？有假說認為，最開始的生命可能由一些簡單分子通過自組織形成原始代謝，只是這種假說無法解釋生命形成的速度。本文的研究發現，若有合適種類的分子，每個種類都產生一種化學物質供下一個種類使用，就可以快速大量創建自組織結構，從而更有力解釋了生命起源中分子自組織的過程。

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