基于超高浓度氨基酸离子液体的藻类培养技术及其在极端环境生命探索中的应用

为解决传统水溶剂在极端环境下培养生命的局限性，研究人员开展了以Gly(甘氨酸)基离子液体(ILs)为培养基的藻类培养研究。通过合成四种Gly基ILs并测试其生物相容性，发现[Gly]3 PO4 在15 wt%浓度下支持藻类持续繁殖30天。该研究为地外生命探索和极端环境生物技术提供了新思路。

　　

液态水作为碳基生命的核心溶剂，其0-100°C的液态窗口严重限制了生命活动的环境范围。随着太空探索的深入，一个根本性问题浮现：是否存在能替代水的溶剂，让生命在极端条件下存活？传统离子液体(ILs)虽具有宽液态窗口(-96°C至200°C)和类水氢键网络，但普遍存在生物毒性，此前最高仅5 wt%的ILs培养基记录被中国研究团队打破。

中国科学院的研究人员选择最简单的氨基酸——甘氨酸(Gly)作为阳离子，通过中和反应合成四种Gly基ILs：[Gly]₃
PO₄
、[Gly]H₂
PO₄
、[Gly]Cl和[Gly]BF₄
。利用FT-IR确认了ILs的化学结构，通过显微镜观察和UV-Vis光谱（基于叶绿素685 cm^-1
特征峰）监测藻类NIVA-CHL 163的生长状态。

3.1 FT-IR表征
所有ILs在2500-3300 cm^-1
出现N-H伸缩振动峰，[Gly]₃
PO₄
在1062 cm^-1
显示O-P-O特征峰，证实合成成功。

3.2 [Gly]₃
PO₄
培养基
突破性发现15 wt%浓度下藻类可存活30天，UV-Vis显示叶绿素峰值强度随时间增强，显著优于此前5 wt% MDEAAC培养基的记录。

3.3 [Gly]H₂
PO₄
培养基
8 wt%为临界浓度，超过此值藻类10天内死亡，显微镜显示活细胞密度降低80%。

3.4 [Gly]Cl培养基
10 wt%浓度下藻类30天后仍保持繁殖能力，但15 wt%组完全失活，表明阴离子类型直接影响生物相容性。

3.5 [Gly]BF₄
培养基
因BF₄
^-
易水解产生剧毒HF，仅2 wt%浓度支持藻类生长，5 wt%即导致细胞崩解。

这项发表于《Journal of Ionic Liquids》的研究首次实现15 wt%超高浓度ILs培养基的藻类培养，揭示了氨基酸ILs作为"人工水"的潜力。通过调控阴离子类型（磷酸根>氯离子>四氟硼酸根），为地外生命培养基设计提供了分子模板。该技术不仅拓展了地球极端环境（如极地、深海）的生物勘探可能，更为寻找宇宙中非水溶剂生命形式提供了实验基础——在土卫六的-179°C甲烷海洋中，或许正存在着以ILs为介质的生命形态。