专题10.6 天体生物学

微液滴催化早期生命物质非生物合成和循环
张洪^1,2*，鞠昀^{1, 2}，姜杰^1,2
1. 哈尔滨工业大学(威海) 海洋科学与技术学院 威海 264209
2. 哈尔滨工业大学 城市水资源与水环境国家重点实验室 哈尔滨 150090

生命物质如何从小分子CO₂，转化形成有机小分子、大分子等功能分子，进而形成与现代生命体相似的代谢循环，一直是国际基础研究前沿和热点。然而，水相中反应热力学和动力学受阻，与现代生命体精准的酶促体系相关的途径和学说尚未得到证实，制约了对早期生命演化的认识。
鉴于此，首先团队创新性提出采用微液滴（1-100 μm）模拟大气环境，建立了微液滴-质谱技术系统。该思想来源于早期地球具有比现代地球更多的水源，空气中微液滴数量巨大，微液滴的比表面积大等特点。进而，构建了符合早期地球环境的微液滴反应、收集、在线分析装置等，为生命早期演化研究提供了新途径和新方法。
随后，深入探究了微液滴自发催化机制，揭示了微液滴表面的水分子在电场作用下可自发形成具有还原性的自有电子和具有氧化能力的羟基自由基，阐明了微液滴具有多层结构，能够兼容多种反应类型，降低反应活化能、自发产生氧化和还原物种等特点（Xia等，2024；Jing等，2023）。
最后，无催化剂条件下，在微液滴中自发形成了多肽、核苷酸、磷脂、二硫键等重要生命物质，所获得的产率与现代生命体酶催化相当（Wang等，2020；Ju等，2021；Ju等，2022）；同时，还实现了CO₂耦合进入还原性三羧酸循环的途径，完善了还原性三羧酸循环固碳途径的缺失（Ju等，2023），证实了微液滴是一种潜在的生命早期物质合成场所。
 

早期生命物质,微液滴催化