生命起源研究新里程碑：Science刊文前生命化学自催化网络( 二 )

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图4. 网络节点的度分布如图4所示，该网络也具备无标度特性，其节点的度分布服从幂律分布。
前生命化学网络的无标度特性意味着，存在少量的中心化学物质（例如甲酸、氰乙炔等），随着网络的生长，其连边越来越多——越来越多的新生成物与这些中心物质有关。三种生命起源条件的涌现
这项研究带来的最大惊喜，是发现了三种必备的生命起源条件可以从前生命化学网络中涌现出来。
催化剂的涌现
研究者首先发现，在网络中形成的一些化合物本身可以作为催化剂，促进新的反应形成。这增加了迭代产物的种类和反应效率，大大拓展了前生命化学网络的空间。

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图5. 催化剂引起网络规模的增加如图5所示的8种催化剂（其中A2和A3重复），可以促进不同类型的反应发生。这些分子可以直接作为有机催化剂，也可以与Zn、Cu、Mn等金属阳离子组成配合物催化剂。
箭头的数字表示每种催化剂带来的分子种类数。 8种催化剂让分子种类（网络节点数量）在21529个的基础上，新增了34957个，整个网络规模增加了一倍以上。通过网络分析，研究者已经精确匹配了一些前生物分子和已知催化物配体。由于该网络中分子种类众多，所以还可能存在多种有机物和金属离子形成的配合物催化剂，这些潜在反应还有待进一步发现。
自催化反应系统的涌现
第二种涌现涉及到原始化学系统的形成，这超越了单个反应和生物分子的单一合成路径。这类涌现之所以重要，是因为周期性的自我复制，即是许多生物过程的核心（比如糖酵解），同时也是生命诞生的必要条件。在本研究中的前生命化学网络中，迭代到第7代后，已经存在多个能自我再生、自我催化的循环。

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图6. IDA分子的自复制循环示意如图6所示，橙色的IDA分子（亚氨基二乙酸）可以在反应中复制两份。当PH值从碱性变为微酸性再变为碱性时，它产生了126%的底物。这是一种典型的自催化反应。
而在考虑氨解、水解等条件时，虚线的步骤4和步骤5 ，也可以用于IDA分子的再生。并且经过1-->2-->4-->5-->1的过程，仍然会生成两份IDA 。
研究者进一步实验，确定了自催化循环中的总反应效率和反应物浓度比例之间的关系。在最佳浓度比、反应时间条件下， IDA反应可以达到126%的循环效率。表面活性剂的涌现第三类被发现的涌现是表面活性剂。生命起源的关键一步，是形成与环境泾渭分明的边界，成为相对独立的“个体” 。这些表面活性剂分子，有可能形成生命与环境之间最原始的物理边界，从而加速个体内环境的形成。

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图7 过往的研究者已经发现，可以通过醛类化学物的多次反应，形成直链的饱和脂肪酸和阿α- 羟基酸表面活性剂，如图7A所示。
而研究者通过前生命化学网络，发现了获得表面活性剂的更短路径。如图7B所示，初始的氨基酸和羰基硫，经过几步反应就可以形成多肽类的表面活性剂。
找到表面活性剂的较短合成路径，意味着在早期地球环境中有可能通过简单的反应步骤，自发形成原始的细胞-环境边界、甚至囊泡结构。生命起源之问：代谢优先还是信息优先
物质和信息，是生命起源故事的两条主要线索，有学者早早就提出了“生命=物质+信息”的洞见。但是，物质代谢为先还是信息复制为先？这个问题一直是生命起源研究的争议焦点。