
《生物物理期刊》:是什么在生命诞生之初推动了原始细胞分裂?
帆叶网据新浪科技:国外媒体报道,在近期的一项研究中,科学家通过一个数学模型显示了热力学机制如何使原始细胞分裂成两个子细胞。细胞的自我复制是通过一系列蛋白质的精巧操作实现的。在细胞分裂过程中,结构蛋白和酶协调了DNA的复制和细胞质内容物的分解,以及细胞膜的分裂与融合。适当地处理这些过程至关重要,因为任何微小的错误都可能导致子细胞异常或无法存活。
数十亿年前,第一批从无生命物质中自发产生的自组织膜状化学物质也面临过这样的难题。但几乎可以肯定的是,这些原始细胞需要在不依赖大分子蛋白质的情况下进行复制。它们是如何做到这一点的?这是天体生物学家和生物化学家在研究生命起源时迫切想要回答的关键问题。
如果你去掉细胞中所有的酶,什么也不会发生。它们没什么活力,但它们真的很稳定,这就是关键所在。
在最近发表于《生物物理期刊》(Biophysical Journal)的一篇论文中,物理学家与肿瘤生物学家开发了一系列数学方程模型,揭示了温度差异可能就足以驱动细胞复制过程的重要一步:原始细胞的分裂。
早期生命中活跃的化学和物理过程可能非常简单,因此可能只有热力学在生命起源中发挥着重要作用,新开发的基本方程可以阐明支配生命最初如何出现的一些规则。
内外膜的翻转
原始细胞在没有复杂蛋白质机制的情况下进行分裂,这一过程需要物理或化学驱动。这实际上就是将一个细胞剥离至只剩下基本功能,然后思考,基本的物理和化学原理是什么,我们如何在没有蛋白质的情况下模拟这些原理?
考虑到科学家们至今仍无法就生命的一般定义,特别是对原始细胞的定义达成一致时,弄清这些过程就更具挑战性了。
不过,科学家们都同意的一点是,原始细胞一定具有某种可以传递给子细胞的遗传信息,一种进行化学反应的新陈代谢机制,以及一种能将新陈代谢和遗传信息从地球其他原始汤的随机过程中分隔出来的脂质膜。虽然外部的化学世界本身是随机的,但脂质膜所提供的分隔可以创造一个更低熵的区域。
一个原始细胞在分裂前的成长过程中,不仅要增加细胞内部的体积,还要增加周围细胞膜的表面积。要创造两个较小的子细胞,并使其总体积与母细胞相同,就需要在它们的细胞膜上增加额外的脂质,因为它们的表面积与体积之比要更大一些。合成这些脂质所需的化学反应会以热量的形式释放能量。
通过搜索文献,有研究指出线粒体(细胞的能量中心,在数十亿年前曾是与细胞共生的细菌)比周围细胞的温度略高。这种能量差异是否可以在原始细胞中产生?又是否足以驱动细胞分裂?
于是,研究人员草拟了一系列方程式来模拟可能发生的情况。先从一系列假设开始,比如原始细胞可能是杆状的,具有双层膜,允许营养物质扩散进来,废物扩散出去。这是一个非常、非常粗糙的模型,但令人惊讶的是,它可以简化为一个单一的微分方程。
原始细胞代谢产生的能量会使膜内的脂质比膜外的升温更快。然后,热力学会迫使能量更高的内部脂质“翻转”到外部,导致膜外层膨胀,消耗膜内层。解决这种不平衡的一个简单方法,便是将细胞挤压成两个子细胞。这种挤压会发生在母细胞的中部,那里的温度最高,脂质运动最明显。
体积太小而不够热?
这项工作是纯理论性质的,但这些理论可以通过实验来验证。例如,我们可以在实验室中制造类似的囊泡,测量其内部温度是否与外部不同。
这项工作十分重要,因为它提醒我们,脂质膜的不对称性可能在原始生命中发挥了一定作用。但由于细胞和原始细胞都很微小,只能产生极少的热量,所以也有人质疑这种温差是否足以在热量扩散到细胞膜之前驱动分裂。
在现代的细胞膜中,脂质在内外之间不会轻易翻转,因为它们的分子结构十分复杂。对于早期生命所具有的较简单的脂质而言,情况可能并非如此。当科学家们在实验室中用这些化合物制造囊泡时,它们会疯狂地四处移动。
这些问题并不能说明温差在早期细胞分裂中没有发挥作用,只是新开发的数学模型可能还不够精确,这项研究为早期生命的研究提供了补充,因为“这是一个很好的实验起点。我们经常忘记反应的消耗和热量的产生,而这些都可能对细胞分裂等过程产生影响”。
生肖羊:温顺外表下的坚韧传奇
在生肖的神秘序列里,羊,总是以一种温顺、柔弱的形象示人。然而,其背后所蕴藏的故事与力量,却远超人们的想象。 传说在远古时代,人间尚未有五谷丰登之盛景,人们过着茹毛饮血、饥寒交迫的生活。有一只神羊,心怀慈悲,不忍见人类受苦。它不顾天庭禁令,偷偷下凡,来到人间。神羊周身洁白如雪,双角散发着柔和的光芒,眼神中透着坚定与善良。它将天庭的五谷种子衔于口中,带到了人间,并教会人们如何耕种、收获。从此,人间有了粮食,人们得以饱腹,逐渐走向繁荣。然而,神羊却因触犯天条,被天帝惩罚,永远留在了人间。人们为了纪念神羊的功绩,便将羊纳入生肖之中,尊其为善良与奉献的象征。 随着时间的推移,羊在人类的生活里扮演着不可或缺的角色。在广袤的草原上,牧羊人驱赶着羊群,羊儿们如同天空中飘落的云朵,在绿草地上缓缓移动。它们吃着青草,产出羊毛,人们用羊毛编织衣物,抵御寒冬。羊的温顺使它成为了人类最易驯养的家畜之一,但这温顺并不代表懦弱。 在历史的长河中,有许多以羊为图腾的部落。这些部落的人们,敬仰羊的温顺、善良与团结,他们以羊的品质为准则,构建自己的部落文化。在战争年代,羊图腾部落虽不崇尚武力侵略,但当家园受到威胁时,族人们也会像羊儿守护羊群一样,团结起来,奋起抵抗。他们凭借着坚韧不拔的意志和巧妙的战术,守护着自己的土地与信仰。 有一个古老的羊族部落,曾遭遇强大外敌的入侵。面对来势汹汹的敌人,部落的勇士们并没有退缩。他们像羊儿在悬崖峭壁间行走般,小心翼翼却又坚定地布置防御。部落中的老弱妇孺,也都力所能及地贡献力量,就如同羊群在迁徙时,相互照顾,不离不弃。战斗持续了数月之久,羊族部落虽损失惨重,但他们始终坚守。最终,敌人被他们的顽强所打动,选择了和解。这场战争,让人们看到了羊背后隐藏的力量——在温顺之下的坚韧、团结与牺牲精神。 在文化的世界里,羊也留下了深刻的印记。从古老的岩画中,我们可以看到羊的形象,那简单而生动的线条,勾勒出羊在古人心中的重要地位。在诗词歌赋里,羊也常常被提及,“天苍苍,野茫茫,风吹草低见牛羊”,描绘出一幅草原上羊儿成群的壮美画卷,羊成为了田园生活与宁静美好的象征。 生肖羊,它不仅仅是一种生肖,更是一种文化的载体,一种精神的象征。它用自己的一生,诠释着温顺与坚韧并非矛盾,善良与力量可以并存。它在人类历史的舞台上,默默地演绎着自己的传奇,留下了一串串深刻而动人的脚印,让后人在岁月的尘埃中,依然能够清晰地追寻它的故事,感受它那独特而持久的魅力。
属蛇人的命运密码:出生在这几个月,福气冲天腾飞时
属蛇人的命运密码:出生在这几个月,福气冲天腾飞时,你是否身在其中? 在中国传统文化里,生肖属相一直是人们津津乐道的话题,尤其是关于不同属相的人在不同月份出生时所携带的独特命运密码,更是让人充满了好奇和期待。今天,咱们就来聊聊属蛇人的那些事儿,特别是那些出生在某些特定月份的属蛇人,他们的福气简直像插上了翅膀,准备一飞冲天!快来看看,你是不是也在其中呢? 春日里的灵动之蛇:正月出生的属蛇人 正月,春风拂面,万物复苏。这个时候出生的属蛇人,就像是春天里的一抹嫩绿,充满了生机和活力。他们天生聪明伶俐,思维敏捷,就像是蛇儿在草丛中灵活穿梭,总能在生活的各个角落找到属于自己的机遇。正月属蛇人不仅智慧过人,还特别懂得察言观色,人际交往能力一流,因此总能在人群中脱颖而出,成为焦点。 盛夏的热情之蛇:五月出生的属蛇人 转眼到了五月,盛夏的热烈气息扑面而来。这个时候出生的属蛇人,热情如火,激情四溢。他们就像夏天的阳光,明媚而耀眼,总能给周围的人带来温暖和活力。五月属蛇人有着不凡的领导力和执行力,他们敢于冒险,敢于追求梦想,即便是面对困难和挑战,也从不轻言放弃。在他们的世界里,没有什么是不可能的,只要心中有梦,脚下就有路。 金秋的收获之蛇:八月出生的属蛇人 八月,秋高气爽,硕果累累。这个时候出生的属蛇人,就像秋天里的果实,经过春的播种、夏的耕耘,终于迎来了丰收的季节。他们天生就有着敏锐的商业嗅觉和独到的投资眼光,总能在市场变化中捕捉到先机,从而收获满满。八月属蛇人不仅财运亨通,还特别懂得感恩和分享,他们愿意将自己的成功经验和财富与周围的人一起分享,共同创造更加美好的未来。 寒冬的坚韧之蛇:十二月出生的属蛇人 冬日的寒风虽冷,却也孕育着新的希望。十二月出生的属蛇人,就像是冬日里的松柏,坚韧不拔,不畏严寒。他们有着顽强的意志力和毅力,无论面对多大的困难和挑战,都能咬牙坚持下来,直到迎来胜利的曙光。十二月属蛇人不仅性格刚毅,还特别注重细节和规划,他们善于从细微之处入手,为自己的未来打下坚实的基础。 总结:福气冲天,你我同在 看完了以上几个月份出生的属蛇人的命运密码,你是不是也感受到了那份来自命运的神秘力量呢?其实,无论我们出生在哪个月份,属于哪个生肖,命运都掌握在自己手中。关键在于我们是否愿意付出努力,是否敢于面对挑战,是否懂得珍惜和把握生活中的每一个机遇。 属蛇的你,或许正站在命运的转折点上,准备迎接属于自己的腾飞时刻。记住,福气不会从天而降,它需要我们去追寻、去创造。所以,让我们一起加油吧!用智慧和勇气去书写属于自己的精彩人生,让福气在我们的努力下,真正冲天而起,腾飞万里! 最后,我想说,如果你也是属蛇人,或者你身边有属蛇的朋友,不妨分享这篇文章给他们,一起聊聊属蛇人的那些事儿,说不定还能从中发现更多有趣的秘密呢!