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本文聚焦合成生命领域，研究基于凝聚层（coacervates）的燃料依赖型合成细胞。通过调控多电解质组成等因素，实现细胞生长、子代产生等生命特性，还能挽救子代。该研究为合成生物学发展及理解生命起源提供重要依据，值得关注。
引言
从非生命物质从头合成生命是科学界长期以来的挑战。随着合成生物学、系统化学等领域的发展，这一目标正逐渐成为可能。生命被定义为能进行达尔文进化的自我维持化学系统，合成类似生命的化学系统需实现复制、变异和选择。近期研究发现，非生物复制子也能实现类似功能，且 RNA 复制子在合成细胞中不易受寄生影响。将非生物自我复制子包裹在合成细胞中是迈向合成生命的一种途径，但面临复制子构建模块运输和细胞产生子代等挑战。
脂质体和聚合物体曾被用作合成细胞，但存在诸如难分裂、亲水分子运输困难等问题。复杂凝聚层液滴作为新型合成细胞受到关注，它能自发形成且易摄取反应物，在外部影响或内部分子作用下可发生分裂。然而，多数合成细胞处于稳定平衡态，与生命的非平衡态特性不符。为此，研究人员开发了燃料依赖型合成细胞，其能利用化学燃料的能量形成聚集体，更接近生命的真实状态。
结果
- 子代产生机制：研究人员推测之前观察到的化学燃料驱动液滴产生子代的现象与聚尿苷酸（poly (U)）阴离子的多分散性有关。为验证这一假设，他们使用了不同分子量的单分散聚苯乙烯磺酸盐（PSS）作为聚阴离子，并将其混合模拟多分散聚阴离子。实验发现，长链 PSS 能形成更类似固体的凝聚层，溶解速度比短链 PSS 慢。当使用短链和长链 PSS 混合物时，液滴能通过形成斑点的机制产生子代。
具体过程为，在反应初期，长链和短链 PSS 混合在凝聚层中。随着时间推移，长链 PSS 在液滴内形成斑点。当燃料耗尽，活化肽减少，短链 PSS 优先被排出，液滴溶解时，斑点作为子代被释放出来。通过凝胶渗透色谱（GPC）分析和共聚焦显微镜观察，进一步验证了这一机制，即反应过程中液滴成分从以短链 PSS 为主逐渐转变为以长链 PSS 为主。
2. 子代产生的量化：研究人员通过在微流控反应器中制备凝聚层液滴，研究了影响液滴子代产生的参数，包括 PSS 长度、燃料浓度和母液滴大小等。在微流控反应器中，他们观察到液滴的融合和子代产生过程，并通过编写 Python 脚本对液滴进行计数和形态分析。
实验结果表明，母液滴半径小于 3.3μm 时不产生子代，大于该半径时，液滴产生的子代数量随着半径增大而增加，达到一定程度后趋于稳定。燃料浓度对液滴子代产生也有显著影响，低燃料浓度（25mM）时液滴寿命短且无子代产生，50 - 75mM EDC 时平均产生八个子代片段，而 100mM 及以上浓度时子代数量减少到约三个。长链 PSS 的比例同样影响子代产生，不含长链 PSS 的液滴不产生子代，随着长链 PSS 比例增加，子代数量增加，但过高比例会导致液滴粘性增加、融合变慢，影响子代产生。此外，研究还发现盐浓度和温度也会对液滴子代产生产生影响，增加盐浓度会缩短液滴寿命，高温下则观察不到子代产生。
3. 子代挽救：在合成生命的设想中，合成细胞子代的产生和选择压力至关重要。研究人员利用微流控芯片对合成细胞群体进行重复的燃料添加 - 饥饿循环实验。实验中，他们通过控制阀门向反应腔室添加 EDC 燃料，并使用 ImageJ TrackMate 插件和 Weka 检测器跟踪液滴的变化。
实验结果显示，在循环初期，小液滴因融合导致数量减少。添加燃料后，部分液滴能被挽救，避免溶解。当在合适时间点对产生子代后的片段添加燃料时，子代片段能作为新液滴生长的核心，迅速吸收活化肽和短链 PSS 并生长，且这一生长、饥饿和产生子代的循环可重复多次。此外，研究人员还测试了多种分子在子代产生过程中的传递情况，发现阳离子分子、小两性离子分子和微球等能从母液滴传递到子代片段中。
讨论
该研究在迈向从头合成生命的道路上迈出了重要两步：一是通过使合成细胞依赖燃料，引入了选择压力和竞争；二是实现了合成细胞子代的产生和挽救。子代产生机制与环境密切相关，类似于真菌在不利条件下的孢子形成和传播机制。子代在燃料充足时能吸收物质生长，但存在身份界定和信息传递问题。
为实现达尔文进化，未来需要确保信息传递分子从亲代传递到子代，且该分子能够复制。研究人员设想阳离子自我复制分子可作为基因型，其复制频率需满足子代接收需求，同时该分子应影响合成细胞行为，实现基因型 - 表型映射。此外，液滴融合虽会导致身份丧失，但也可视为原细胞的一种原始繁殖方式，可能带来优势。
结论
研究人员深入研究了燃料依赖型液滴产生子代的机制，并测试了不同参数对其的影响。证实长链 PSS 在凝聚层液滴中停留时间更长，可形成致密结构作为子代释放。在合适时间添加第二批化学燃料能挽救子代，且子代生长速度快于新液滴的成核速度。目前该系统虽缺少自我复制基因型，但已证明多种分子可保留在子代片段中，为设计自我复制分子提供了思路，有望实现合成系统中的达尔文进化。
