退屈した子供たちが後部座席に腰を下ろしたとき、私たちはガラス上の雨滴が一緒に滑り落ちて合体する方法に慣れてきました.パスタを調理する年齢になると、水中の油滴も一緒になって、鍋の真ん中ですべてが単一の小球になるまで、より大きな滴を形成することがわかります.直感は、理由がわからなくても、液滴が結合するのが好きであることを教えてくれます。 (それらの構成分子は、周囲の流体よりも互いの化学会社を好むため、表面積を最小限に抑えるためにこれを行います。)
最近、研究者は、これらのよく知られた液滴のダイナミクスが物語の一部にすぎないことを発見しました。 Quanta で説明したように 今週の記事によると、「化学的に活性」な液滴は、太陽光やその他のエネルギー源を使用して分子を周囲の流体に出入りさせ、予期しない方法で動作し、地球上の生命の発生に重要な役割を果たした可能性があります.
私たちの若者のなじみのある液滴とは異なり、アクティブな液滴は、ほぼ細胞のサイズに成長し、成長を停止します。それらはまた自発的に分裂し、娘液滴を生成します。ドイツのドレスデンにある生物学者と物理学者のチームによる発見は、1924年に最初に提案された、初期の地球の原始スープの液滴が最初の細胞の原始的な前駆体であったという仮説を復活させました。これらのアクティブな液滴「プロトセル」が分裂して増殖するにつれて、進化がそれらに作用し、徐々にそれらをより複雑にし、生きた細胞の出現につながった可能性があります.
アクティブな液滴分裂の物理学は、実験が進行中ですが、これまで紙とシミュレーションでしか研究されていません。しかし、予測された効果に似た何かが数十年前にすでに観察されていた可能性があります - 私が話を報告していたときに偶然のつながりが明らかになりました.ドレスデン グループの研究について外部からのコメントを求めて、生命の起源に関する競合する「膜優先」仮説の著名な支持者であるカリフォルニア大学サンタ クルーズ校の生化学者 David Deamer に連絡を取りました。 Deamer は、プロトセルは現代の細胞を包むような脂肪酸膜を必要としただろうと主張している — 構造は液滴よりも複雑で、明白な増殖方法を持たない.しかし、Deamer は、ドレスデン グループの活動的な液滴とその原始細胞仮説に関する予測を読んだとき、1969 年にオーストラリアに衝突したマーチソン隕石から抽出した液滴でかつて見た「何か驚くべきこと」を思い出しました。
1980 年代に、Deamer はこの同じ宇宙の岩石で膜を形成する分子を発見しました。これは、これらの化学成分が初期の地球に豊富に存在していたことを示す可能性のある兆候であり、膜が最初に存在するという仮説で要求されています。しかし、Deamer は、彼が公表したことのない別の観察を行いました。彼は、マーチソン標本から抽出された油性炭化水素色素を顕微鏡で観察していました。 「顕微鏡のライトをオンにすると、これらの液滴が見えて本当に驚きました。まるで生きているかのように見えます」と彼は言いました。 「それらは媒質の上を移動し始めます — もちろん、媒質は単なるガラスのスライドです — そしてそれらは内部で物質の循環のようなものを持ち始めます.そして、小球は伸びて、実際には 2 つの小さな小球に分裂し、それから這い去ります。」
David Deamer 提供
David Deamer のビデオは、マーチソン隕石から抽出された油滴が光に照らされるとどのように動き、分裂し始めたかを示しています。
ディーマーが 30 年前に「非常に興味を持った」行動をビデオに記録しました。今月、ドレスデンのチームの研究について彼と話し合ったとき、ディーマーは、「この人たちに手紙を書いて、これについて話そうと思います」と言いました。
新しい論文の著者であるフランク・ジュリッヒャーは、自然界で分裂する液滴のディーマーの映像を熱心に見ていました。 「これは非常に魅力的です」と、彼はディーマーと私に電子メールで伝えました.
地球外飛沫の物理学を熟考した後、Jülicher は次のように述べています。光は顕微鏡スライドを濡らす分子を生成する化学反応を引き起こします、と彼は説明しました。これにより、表面張力に勾配が生じ、液滴材料が循環して移動します。 「物理学は、私たちが論文で研究している液滴分割とはまったく異なります。これは濡れることなく発生します」とJülicher氏は言い、主な違いは、彼のチームが研究した液滴が化学的に活性であると同時に静止していることであると付け加えました。
どちらの液滴分割メカニズムもこれまでほとんど研究されておらず、どちらもいわゆる「非平衡」物理的挙動の新しい例です。ディーマーの数十年前の映像がドレスデンの研究者によって研究されたものとは異なる効果を示しているとしても、それは液滴分裂が以前に知られているよりも広範囲に広がっていることを示している可能性があり、それが起源に役割を果たした可能性があるという考えを支持する.
いずれにせよ、それは毎日目にするような水滴の振る舞いではありません。 「見ていて本当に素晴らしかったです」とディーマーは言いました。
QuantaMagazine.org の Natalie Wolchover の記事「Dividing Droplets Could Explain Life's Origin」で、化学的に活性な液滴について詳しく学んでください。 .
