火山岛具备RNA复制、生命诞生的条件

生命起源的漫长竞争有了新的竞争者。

火山岛上的多孔岩石可能为 RNA 在盐梯度中复制并开始生命提供了条件，从而解决了温度波动的一些问题。

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RNA复制所需的大部分主要条件（可能是生命启动的关键阶段）可能在地球形成后不久的火山岛上的岩石孔隙中得到满足。这一发现为生命外观中最令人费解的方面之一提供了可能的解释，并可能改变重建其余过程的努力重点。

多年来，寻求确定生命起源的科学家们一直在争论两种模型。其中一个效仿达尔文，提出了一个温暖的小池塘，其中的氨基酸可能是由陨石提供的。另一种模型有利于海底的热液喷口，那里的能量和营养物质丰富。对于我们应该把寻找其他世界生命的重点放在哪里，这场争论具有重要意义。木卫二和其他拥有内部海洋的卫星很可能拥有与地球类似的热液系统，但缺乏浓缩池。另一方面，火星可能曾经有少量的地表水，但可能没有那么丰富的火山。

然而，路德维希马克西米利安大学博士生 Philipp Schwintek 提出了一个新的竞争者：火山岛上的多孔岩石。 Schwintek 和合著者的作品没有经过标准的同行评审，而是经历了 eLife 试验的有争议的“预印本评审”流程，该流程在用于其他备受瞩目的工作时受到了批评。 

人们认为，在任何地点，RNA 复制都可能先于我们认为的生命的其他部分。这需要 RNA 链在分离之前变成双链。尽管对于非生命系统如何发生这种情况还有许多其他问题，但生物化学家关注的一个阶段是链分离，它在某些条件下很容易发生，但不是其他一切所必需的。具体来说，RNA 需要大量的镁盐和核酸才能复制，但这会阻碍链分离。

温度变化是实现可发生分离和复制的条件之间循环的首选方法，但热量会降解核酸。该过程的热窗口看起来非常狭窄，特别是当您考虑到温度需要相当快地循环，或者温暖和凉爽的区域并排放置时。

Schwintek 和同事寻求一种不需要大温度波动的循环。他在一份声明中说：“我们研究了一种简单而普遍的地质情况，其中通过岩石孔隙的水运动被渗透岩石到达地表的气体干燥。”“这种情况在早期的火山岛上非常常见。”地球为RNA合成提供了必要的干燥条件。”

该团队制作了部分充满水的火山岩孔隙模型。水在遇到气体时蒸发，气体又部分溶解在水中，在此过程中产生电流。

该团队添加了微小的珠子来追踪水的运动，并使用了发光的短 DNA 片段，以便于观察。

“我们的预期是，持续蒸发会导致 DNA 链在界面处堆积，”Schwintek 说。 “事实上，我们发现水在界面处不断蒸发，但水面上的核酸在气/水界面附近积累。”一个小时内，气体边界处浓缩的 DNA 数量是系统其他地方的 30 倍。

这表明，即使在核酸供应短缺的星球上，它们也可以在气体/水边界附近充分集中以进行复制。在那种环境下，股线无法分离，但热量并不是唯一可以改变这种情况的因素——盐的损失也可以起到同样的作用。

“我们假设，由气体通量提供的界面处的循环流体流动以及被动扩散，将通过迫使核酸通过具有不同盐浓度的区域来驱动链分离，”资深作者迪特·布劳恩教授说。 

FRET 光谱揭示了 DNA 链是结合还是分离，研究小组证实了他们的预测：在静止条件下，DNA 链在气水界面附近结合，但当水向上流动时，DNA 链分离。在表面小涡流的影响下，盐浓度下降了三倍，足以使分离发生在远离空气边界的地方。

尽管这些观察结果令人鼓舞，但只有靠近气体和水交汇处的一小部分区域具有适当浓度的核酸，这引发了人们的疑问：这是否足以启动这一过程。研究小组采取了进一步的措施，将荧光染料附着到核酸上，并添加合成双链 DNA 的酶来启动这一过程。 

施温泰克和合著者报告说，在两个小时内，光芒变得更亮，表明复制正在发生，但当气体和水的交换停止时，复制就停止了。

布劳恩总结道：“在这项工作中，我们研究了一个可能引发早期生命复制的合理且丰富的地质环境。” “我们考虑了气体流过充满水的开放岩石孔隙的情况，温度没有任何变化，发现气体和水流的结合可以引发支持 DNA 复制的盐波动。”

这当然并不能证明生命是在这种情况下开始的；这可能需要时光机。此外，我们知道该模型并没有准确地复制生命进化的条件。该团队使用普通空气作为气体，其中包括当时不存在的氧气。研究小组用来触发 DNA 双链的酶是生物的产物，地球上不会存在来协助第一个 RNA。然而，如果这些发现经受住了其他科学家更彻底的评估，他们将有必要考虑火山岛上的多孔岩石以及以前最喜欢的岩石。

该预印本在 eLife 上开放获取。