原始地球条件下乳酸聚合与微滴组装的深度解析：盐度与反应体积对生命前体形成的影响

为解决早期地球极端环境如何影响α-羟基酸（AHA）聚合及原始生命前体形成的问题，研究人员系统探究了乳酸（LA）在盐度（NaCl/KCl/MgCl2/CaCl2）和反应体积（5-500 μL）限制下的聚合行为。研究发现，单价盐（1 M）不抑制LA聚酯化及微滴（MMD）组装，而二价盐（100 mM CaCl2或1 M MgCl2）显著抑制反应；低体积（5 μL）和低浓度（1 mM）仍可支持聚合但效率降低。该研究为生命起源的化学演化路径提供了关键环境约束参数。

　　

在探索生命起源的奥秘时，科学家们始终被一个核心问题困扰：简单有机分子如何在早期地球的极端环境中完成向复杂生命前体的跨越？近年来，α-羟基酸（AHA）这类"非生物分子"因其独特的聚合特性备受关注。它们不仅能在脱水条件下形成聚酯，还能在水合作用下自组装成无膜微滴（MMD）——这种相分离现象被认为是原始细胞雏形的重要候选模型。然而，早期地球遍布高盐火山热泉、潮汐池和岩石孔隙等复杂环境，这些场景中变化的盐度、受限的反应空间和稀释的底物浓度，究竟会促进还是阻碍生命前体的形成？

为回答这一问题，来自马来西亚国立大学太空科学中心、日本东京工业大学地球生命研究所等国际团队在《Polymer Journal》发表研究，首次系统评估了乳酸（LA）——一种在碳质陨石和原始大气反应中广泛存在的AHA代表物——在不同盐类和反应规模下的聚合行为。通过模拟早期地球的脱水-水合循环，研究人员发现单价离子（Na⁺/K⁺）即使在高浓度（1 M）下仍允许LA聚酯化，而二价离子（Mg²⁺/Ca²⁺）在100 mM即显现抑制作用；更令人惊讶的是，在仅5 μL的微观反应体积或1 mM的极低浓度下，LA仍能形成短链聚酯并组装成MMD，这为生命可能起源于岩石孔隙或气溶胶微环境提供了实验依据。

研究主要采用三种关键技术：基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-ToF-MS）定量分析聚乳酸（polyLA）链长分布；半定量质心法计算聚合物平均聚合度；光学显微镜观察微滴组装形貌。所有实验均在模拟早期地球干湿循环的80℃脱水条件下完成。

盐度对LA聚合的影响
通过对比NaCl、KCl、MgCl₂和CaCl₂在10 mM-1 M浓度区间的效应，质谱数据显示二价盐的抑制作用具有离子特异性：100 mM CaCl₂即显著降低polyLA产率，而MgCl₂在1 M时才完全抑制聚合。研究人员提出这与Ca²⁺更易与羧基形成稳定复合物有关，该发现为理解原始海洋不同区域的化学演化差异性提供了依据。

反应体积与浓度的边界效应
在5 μL的微观尺度下，polyLA仍能形成21聚体，但微滴数量显著减少；当LA浓度降至1 mM时，最大聚合度锐减至5聚体。这种"量变引发质变"的现象暗示：早期地球的间歇性水塘可能比开阔海洋更利于生命前体形成。

讨论与展望
该研究首次建立LA聚合的环境耐受性图谱，揭示单价盐环境（如蒸发岩海岸）最可能孕育原始聚酯微滴，而富镁热泉区则相对不利。特别值得注意的是，即使在"亚最佳"条件下形成的短链polyLA仍具备组装能力，这极大拓展了生命起源潜在场景的想象空间。未来研究可延伸至其他AHA单体（如乙醇酸），并探索盐度梯度驱动微滴分选的物理机制。

这项成果不仅为地球生命起源提供了新的化学视角，也为系外生命探测指明了方向——木卫二的钠盐海洋或土卫二的镁盐喷流，可能正上演着类似的原始聚合故事。当科学家们将目光投向浩瀚宇宙时，这些在地球实验室中重现的古老反应，或许正在其他星球的某个角落静静等待着被发现的时刻。