香港訊 10月17日，本報(bào)記者從香港大學(xué)了解到，香港大學(xué)研究人員發(fā)現(xiàn)，利用蒸發(fā)作用，有助促進(jìn)與活細(xì)胞相關(guān)的生化化合物的區(qū)隔化，為拆解早期地球在有生物出現(xiàn)以前，生物分子形成的過(guò)程，提供一個(gè)有效具創(chuàng)新性的技術(shù)方案。

研究團(tuán)隊(duì)由港大機(jī)械工程系的岑浩璋教授率領(lǐng)，成員包括來(lái)自港大李嘉誠(chéng)醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)學(xué)院Julian Tanner教授的實(shí)驗(yàn)室的其他研究合作者。研究結(jié)果已在《自然通訊》發(fā)表，文章標(biāo)題為《蒸發(fā)液滴中的非締合相分離作為前生物區(qū)隔化的模型》。

就早期生命的形成，科學(xué)家提出“原生湯”（primordial soup）的理論，即在大約37億至40億年前太古之初，地球上存在著液態(tài)物質(zhì)，第一個(gè)生命細(xì)胞便在此誕生。而早期生物分子濃縮并形成各種功能性組件和區(qū)隔室，對(duì)于地球首批活細(xì)胞的形成至關(guān)重要。

在活細(xì)胞內(nèi)部，生物分子濃縮及區(qū)隔化的其中一個(gè)原理，是透過(guò)液—液相分離（Liquid-liquid phase separation）的方法，即聚集著生物分子的單相溶液，在特定條件下，形成兩個(gè)或多個(gè)并存卻不相混溶的液相，一個(gè)例子是蛋白質(zhì)和核酸在活細(xì)胞內(nèi)能夠凝結(jié)成微小的液滴，稱作無(wú)膜細(xì)胞器（membraneless organelles）。

然而，液—液相分離這方法受到許多因素的影響，包括溶液的pH 值、溫度和鹽濃度等。要在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)在稀薄而隨機(jī)的“原生湯”中，模擬一些生命無(wú)膜細(xì)胞器的形成，非常困難，特別是由于擴(kuò)散作用，聚合物濃度非常低難以觸發(fā)液—液相分離。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，液—液相分離可通過(guò)蒸發(fā)液滴來(lái)觸發(fā)和維持，即隨著水分蒸發(fā)，液滴內(nèi)的聚合物濃度增加，從而導(dǎo)致更強(qiáng)的分子相互作用，把液滴內(nèi)的分子分隔成不相混溶的液相。

岑教授的團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)蒸發(fā)含有聚乙二醇（PEG）和葡聚醣的全水性液滴，實(shí)現(xiàn)生物分子區(qū)隔化。由此產(chǎn)生的自發(fā)性區(qū)隔化提升了化學(xué)反應(yīng)速率，這點(diǎn)可以從RNA的合成、富集以及RNA催化的活性增加三倍得到證明。

岑教授說(shuō)：“我們利用蒸發(fā)作用催化生物分子的形成，就研究生命起源這個(gè)大問(wèn)題提供一個(gè)可行的方案。在太古之初，當(dāng)還未有生物出現(xiàn)，復(fù)雜的生物過(guò)程例如酶這類生物催化劑的活動(dòng)仍有待進(jìn)化產(chǎn)生，熱力可能就是最原始的催化劑?！?/p>

專門從事制造RNA追蹤工具的港大生物醫(yī)學(xué)學(xué)院博士后Andrew Brian Kinghorn指出：“我們的研究，把生命所需要的各種化學(xué)物通過(guò)蒸發(fā)或干燥作用進(jìn)行區(qū)隔化和濃縮，使它們有足夠的數(shù)量產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，這有助揭示早期生命形態(tài)可能經(jīng)歷的事情?！彼麑⑦@種相分離過(guò)程比作日常即飲混合咖啡——原生湯，透過(guò)蒸發(fā)作用，把牛奶與咖啡—功能性生命組件，自發(fā)分離出來(lái)。

團(tuán)隊(duì)的另一位成員、博士生郭偉在實(shí)驗(yàn)中，把最初均勻、透明的一滴液滴，透過(guò)蒸發(fā)，分離成互不相溶的兩相，他于顯微鏡下目睹整個(gè)過(guò)程大感興奮，說(shuō)：“們把較大的液滴蒸發(fā)分解成較小的液滴，這嶄新的技術(shù)，將有助未來(lái)對(duì)活細(xì)胞的研究?！彼赋?，研究結(jié)果對(duì)于從流體動(dòng)力學(xué)角度理解物理現(xiàn)象奠定了非常堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

岑教授指出，利用這技術(shù)，在施加一些控制因素（例如對(duì)溫度、濕度或蒸發(fā)速率的控制），可以對(duì)分子反應(yīng)有更多了解，或應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷或制造全水相微小液滴。

岑教授是知名的微流體研究人員，致力于揭開(kāi)更多關(guān)于液體及其他方面的奧秘。團(tuán)隊(duì)之前研發(fā)的雙水相系統(tǒng)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)的生產(chǎn)和提純，原理是通過(guò)向水里添加一些可溶于水的聚合物，例如聚乙二醇和葡聚糖，促使溶液發(fā)生相分離，產(chǎn)生上下分層而且互不相溶的兩種水溶液。今次是首次利用蒸發(fā)作用來(lái)推動(dòng)這類相分離。岑教授認(rèn)為今次是人類好奇心促進(jìn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)好例子。

“這個(gè)實(shí)驗(yàn)是研究事物如何從一個(gè)非常簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中產(chǎn)生（即將簡(jiǎn)單的事物合成更復(fù)雜事物）；就像生命起源一樣，關(guān)鍵是如何從簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中衍生復(fù)雜的事物。”他的團(tuán)隊(duì)樂(lè)于聽(tīng)取科學(xué)界對(duì)他們的“偶然發(fā)現(xiàn)”有何反饋意見(jiàn)。

岑教授與李嘉誠(chéng)醫(yī)學(xué)院的Tanner教授一直合作開(kāi)展各種項(xiàng)目，參與的包括博士生、本科生和研究生等跨學(xué)科人員，令共同進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)和研究工作豐富多彩。

“好的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、觀察的有趣事物和現(xiàn)象往往引發(fā)更多問(wèn)題。這是我從事科學(xué)研究的樂(lè)趣所在；你意識(shí)到你有甚么不明白的地方，而你知道問(wèn)題所在；你偶爾會(huì)得到某些問(wèn)題的小答案，因此獲得小小的勝利，此乃一種鼓勵(lì)。但即使你得到所有答案后，項(xiàng)目也不會(huì)就此完結(jié)。有時(shí)候，你只會(huì)對(duì)一些值得與社會(huì)各界分享的問(wèn)題有答案?！贬淌谘a(bǔ)充說(shuō)。（《中國(guó)基建報(bào)》林雨潤(rùn) 報(bào)道）