带正电荷和带负电荷的分子的无膜组件可以将RNA分子聚集在密集的液滴中，使RNA参与基本的化学反应。

这些被称为“复合凝聚层”的组件也增强了一些RNA分子本身作为酶的能力 - 这些酶驱动化学反应。他们通过浓缩RNA酶，它们的底物和反应所需的其他分子来做到这一点。测试和观察这些凝聚层的结果为重建地球上生命起源所需的一些早期步骤提供了线索，这些步骤被称为益生元“RNA世界”。1月30日，宾夕法尼亚州立大学的科学家们发表了一篇描述这项研究的论文，。

“我们对你如何从一个没有生命的世界走向一个有生命的世界感兴趣，”宾夕法尼亚州立大学化学与生物化学与分子生物学杰出教授，该论文的高级作者之一Philip C. Bevilacqua说。“人们可以想象在这个过程中有很多步骤，但我们并没有考虑最基本的步骤。我们对稍后的步骤感兴趣，看看RNA分子是如何从它们的基本构建模块形成的，如果这些RNA分子可以在没有蛋白质的情况下驱动生命所需的反应。“

我们今天所知的生活通常需要遗传物质 - DNA，它首先被转录成RNA。这两个分子携带用于蛋白质生产的信息，这些信息又是生命的大多数功能方面所必需的，包括新遗传物质的产生。这为早期地球上的生命起源设置了“鸡与蛋”的困境。DNA需要产生蛋白质，但蛋白质需要产生DNA。

“RNA - 或类似的东西 - 一直被认为是解决这种困境的关键，”宾夕法尼亚州立大学生活的西蒙斯起源研究员和该论文的第一作者Raghav R. Poudyal说。“RNA分子携带遗传信息，但它们也可以作为酶来催化早期生命所需的化学反应。这一事实导致了地球上的生命经历了RNA在促进化学反应中发挥积极作用的阶段的观念 - - “RNA世界” - 自我复制的RNA分子携带遗传信息并执行现在通常由蛋白质进行的功能。“

地球上生命的另一个共同特征是它在细胞中被分隔，通常具有外膜，或在细胞内的较小区室中。这些隔室确保了生命化学反应的所有组分都很容易到达，但在益生元世界中，RNA的构建模块 - 或者驱动可能导致生命的化学反应所需的RNA酶 - 可能会有稀少，在原始汤中漂浮。

“你可以把这些RNA酶想象成一条装配线上生产的汽车，”Poudyal说。“如果你没有在工厂的正确位置使用这些部件，装配线就行不通。没有凝聚层，化学反应所需的部件太稀，不太可能找到彼此，但在凝聚层内，酶需要工作的所有部分都在附近。“

因此，研究人员研究了生命前地球中可能存在的各种材料，这些材料可以形成凝聚层 - 无膜原始细胞 - 然后允许关键功能，如隔离RNA的构建块并将RNA酶及其靶标汇集在一起​​。

“先前已知RNA分子可以在高浓度镁的溶液中组装和伸长，”Poudyal说。“我们的工作表明，由某些材料制成的凝聚层使得这种非酶模板介导的RNA组装即使在没有镁的情况下也能发生。”

凝聚层由称为多胺的带正电荷的分子和带负电荷的聚合物组成，这些聚合物聚集在一起形成溶液中的无膜隔室。带负电荷的RNA分子也被凝聚层中的多胺吸引。在凝聚层内，RNA分子的浓度比周围溶液高4000倍。通过将RNA分子浓缩在凝聚层中，RNA酶更有可能找到它们的目标来驱动化学反应。

“虽然我们测试的所有多胺都能参与富含RNA的液滴的形成，但它们支持RNA延伸的能力不同，”宾夕法尼亚州立大学化学教授，该论文的资深作者Christine Keating说。“这些观察结果有助于我们了解不同无膜隔室内的化学环境如何影响RNA反应。”

“虽然我们不能回头看看在地球上形成第一个生命所采取的确切步骤，但像我们在实验室中可以创造的那些凝聚可能有助于促进化学反应，否则这是不可能的，”Poudyal说。 。

除了Bevilacqua，Poudyal和Keating之外，宾夕法尼亚州立大学的研究团队还包括Rebecca M. Guth-Metzler，Andrew J. Veenis和Erica A. Frankel。这项研究得到了西蒙斯基金会和美国宇航局的支持。