生命的能量源于生命本身：雙水相界面體系的電荷轉(zhuǎn)移可以為生命起源提供能量進(jìn)而孕育生命。——青島大學(xué)揭示生命起源的新可能

在生命起源時(shí)，最初的生物反應(yīng)所需的能量來(lái)源自哪里？維持生命的能量又源自何處？科學(xué)界一直不清楚生命起源時(shí)的能量來(lái)源。在早期生命物質(zhì)擴(kuò)增時(shí)明顯存在著有序化跡象，因此系統(tǒng)內(nèi)熵減必然需要額外的能量來(lái)源，而這一能量來(lái)源一直困擾著科學(xué)界。目前科學(xué)界普遍認(rèn)為早期生命起源的能量來(lái)源絕大部分是太陽(yáng)能，但太陽(yáng)能的利用往往依賴葉綠體等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，因此尋找更多可能的能量源對(duì)于正確揭示生命演化過(guò)程至關(guān)重要。

早期生命形成于大約37億至40億年前太古之初，彼時(shí)地球上存在著多種多樣的全水相液態(tài)物質(zhì)，它們通過(guò)液-液相分離 （LLPS） 濃縮并形成生化化合物的區(qū)隔室，為無(wú)機(jī)物質(zhì)向有機(jī)物質(zhì)的轉(zhuǎn)變、首批原始細(xì)胞的形成等生命起源中重要的生化反應(yīng)及過(guò)程提供場(chǎng)所。這些基于LLPS區(qū)室化的原始生命過(guò)程需要能量，電能作為重要的能源，可能是最原始的催化劑。但全水相LLPS區(qū)室化體系自身能否提供相應(yīng)的電能為原始生命過(guò)程提供驅(qū)動(dòng)源，鮮見(jiàn)研究。

在常規(guī)認(rèn)知中，水通常都是電中性的代表。由于水中自由的離子運(yùn)動(dòng)，輕微的電勢(shì)分布差異可以快速誘導(dǎo)帶電離子重新分布，因此在全水環(huán)境中，靜電往往無(wú)處匿蹤。那么在早期生命起源過(guò)程中是否存在跨全水LLPS區(qū)室相界面的電勢(shì)分布、為相關(guān)的生命過(guò)程提供電能驅(qū)動(dòng)源呢？

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，青島大學(xué)藥學(xué)院的馬慶明特聘教授和物理學(xué)院的王曉雄特聘教授等針對(duì)這一問(wèn)題，構(gòu)建了模擬全水相LLPS的微流控雙水相界面體系（aqueous two-phase system，ATPS），發(fā)現(xiàn)該體系具有獨(dú)特的電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)，可以為原始生命過(guò)程提供電能驅(qū)動(dòng)源，“生命的能量源于生命本身”，為解釋早期地球在有生命出現(xiàn)以前、原始生物過(guò)程的進(jìn)行提供了一個(gè)有效且極具創(chuàng)新性的技術(shù)方案；并基于此開(kāi)發(fā)了具有優(yōu)異生物相容性的新型全水界面發(fā)電機(jī)，可用作生命活性物質(zhì)微反應(yīng)器及活性藥物遞送載體、給電子元器件供電甚至給超級(jí)電容器充電。

圖1 雙水相界面體系的電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)及其在全水相仿生柔性電子設(shè)備等應(yīng)用示意

圖2 微流控雙水相界面體系電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)的接觸分離模式工作原理及其光學(xué)照片

圖3 基于雙水相界面體系電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)的新型全水界面發(fā)電機(jī)在供能方面表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢(shì)，可用于給電子元器件供電、甚至可以用于給超級(jí)電容器充電。

圖4. 基于雙水相界面體系電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)的新型全水界面發(fā)電機(jī)有著優(yōu)異的生物相容性，可用作生命活性物質(zhì)微反應(yīng)器及活性藥物遞送載體。