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而孕育生命。——青島大學揭示生命起源的新可能

在生命起源時，最初的生物反應所需的能量來源自哪里？維持生命的能量又源自何處？科學界一直不清楚生命起源時的能量來源。在早期生命物質(zhì)擴增時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源，而這一能量來源一直困擾著科學界。目前科學界普遍認為早期生命起源的能量來源絕大部分是太陽能，但太陽能的利用往往依賴葉綠體等復雜結(jié)構(gòu)，因此尋找更多可能的能量源對于正確揭示生命演化過程至關(guān)重要。

早期生命形成于大約37億至40億年前太古之初，彼時地球上存在著多種多樣的全水相液態(tài)物質(zhì)，它們通過液-液相分離 （LLPS） 濃縮并形成生化化合物的區(qū)隔室，為無機物質(zhì)向有機物質(zhì)的轉(zhuǎn)變、首批原始細胞的形成等生命起源中重要的生化反應及過程提供場所。這些基于LLPS區(qū)室化的原始生命過程需要能量，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的電能為原始生命過程提供驅(qū)動源，鮮見研究。

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

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近日，青島大學藥學院的馬慶明特聘教授和物理學院的王曉雄特聘教授等針對這一問題，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)該體系具有獨特的電荷轉(zhuǎn)移效應，可以為原始生命過程提供電能驅(qū)動源，“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、原始生物過程的進行提供了一個有效且極具創(chuàng)新性的技術(shù)方案；并基于此開發(fā)了具有優(yōu)異生物相容性的新型全水界面發(fā)電機，可用作生命活性物質(zhì)微反應器及活性藥物遞送載體、給電子元器件供電甚至給超級電容器充電。

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

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

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

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