科學(xué)中最重要的問(wèn)題之一是地球上的生命是如何開(kāi)始的。一種理論認(rèn)為，無(wú)論是在雨季/干旱時(shí)期，還是通過(guò)間歇泉等現(xiàn)象，地球早期的干濕循環(huán)都會(huì)增加分子的復(fù)雜性。人們認(rèn)為水合/再水合循環(huán)創(chuàng)造了條件，使稱為復(fù)雜凝聚層的無(wú)膜隔室充當(dāng)化學(xué)物質(zhì)結(jié)合以創(chuàng)造生命的場(chǎng)所。

芝加哥大學(xué)普利茲克分子工程學(xué)院(PME)的科學(xué)家使用阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)光子源，研究了這些聚合物相間的相變，以了解它們?cè)诟蓾裱h(huán)中發(fā)生了什么。

該結(jié)果于10月27日發(fā)表在《自然通訊》上，不僅可以進(jìn)一步揭示益生元地球，還可以對(duì)電子和藥物輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生影響。

羅伯特·A(Pritzker)分子工程學(xué)院院長(zhǎng)Matthew Tirrell表示：“在復(fù)雜的環(huán)境中觀察這些聚合物組件時(shí)，會(huì)幫助我們了解這些小室在早期地球上的行為，以及我們將如何使用它們。” Millikan杰出服務(wù)教授，也是該論文的合著者。

看到復(fù)雜的凝聚層

在賓夕法尼亞州立大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究中，科學(xué)家們檢查了與池塘水組成相同的水中的聚電解質(zhì)凝聚層。池塘定期干up，然后補(bǔ)充雨水。這種循環(huán)脫水和再水化作用降低了阻止它們結(jié)合的熱力學(xué)屏障，使氨基酸和核苷酸等分子構(gòu)件更易于組裝成肽和蛋白質(zhì)，如DNA和RNA。

Tirrell實(shí)驗(yàn)室是聚合物隔室(如聚電解質(zhì)凝聚層)的專家，之前已經(jīng)描述了這些材料在不同相變下的作用。

PME研究人員在Argonne的高級(jí)光子源處使用小角度X射線散射來(lái)觀察隨著干濕條件的變化而形成的凝聚層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，隨著水樣品干燥，RNA的濃度增加，但聚合物室內(nèi)的RNA濃度保持恒定。他們還發(fā)現(xiàn)，隨著水的干燥，樣品中的鹽濃度會(huì)增加，從而削弱了聚合物之間的相互作用，從而使隔室的水合程度更高。

Tirrell說(shuō)，水合和脫水的重復(fù)循環(huán)“導(dǎo)致了隔室的逐步發(fā)展，”這永久改變了凝聚層的組成。

蒂雷爾小組的博士后研究員亞歷山大·馬拉斯說(shuō)：“這改變了凝聚層的物理性質(zhì)，影響了分子交換，這可能是早期生活開(kāi)始的線索。”

設(shè)計(jì)藥物輸送系統(tǒng)

了解動(dòng)態(tài)條件如何影響凝聚層可能會(huì)對(duì)在可視顯示器或藥物輸送中使用聚合物隔室的電子設(shè)備產(chǎn)生影響。這樣的隔間可以用來(lái)在體內(nèi)進(jìn)行治療，而了解聚合物如何組裝以及對(duì)不斷變化的狀況做出反應(yīng)是設(shè)計(jì)新的藥物輸送方式的關(guān)鍵。

Marras，前芝加哥大學(xué)博士后Jeffrey Ting，與Penn State的研究人員在瑞士舉行的Gordon研究會(huì)議上達(dá)成了這項(xiàng)研究合作。賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員最終領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，他們對(duì)研究凝聚層在地球早期的行為方式感興趣。在遠(yuǎn)足冰川時(shí)，Ting，Marras和賓夕法尼亞州立大學(xué)的研究人員討論了如何通過(guò)使用高級(jí)光子源來(lái)觀察車廂內(nèi)部如何進(jìn)行協(xié)作。