世界初の細胞はどのように作られたのか？2012年4月28日、米国のディスカバリーニュースサイトは、ノルウェーのオスロ大学の科学者による新しい研究を発表しました。彼らは10億年前の単細胞生物を発見しました。これまでに知られている最古の生物は、オスロの南30キロメートルのアス湖の泥で発見され、体長30 〜 50ミクロンで、4本の尾のような鞭毛で体を動かしています。動物でも植物でもなく、菌類や藻類でもなかったので、当時世界で唯一の単細胞生物でした。しかし、生命の起源に関する研究によると、この生物はまだ世界最古の細胞ではなく、地球は46億年前からあり、細胞は少なくとも36億年前から存在しています。世界初の細胞はどのように作られたのか？これは古くからの難問であり、最良の説明は化学進化仮説である。
科学者たちは、地球形成の過程で、地球内部の劇的な変化によって生成された大量のガスが、頻繁に活動する火山とともに地殻を突破し、宇宙空間に噴出し、地殻の上に大気を形成したと推測しています。形成されたばかりの大気では、メタン、アンモニア、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素、硫化水素などで満たされ、酸素と窒素だけがありません。宇宙線、地球上の放射性物質、太陽の紫外線、雷の閃光などの共同作用の下で、大気中の無機分子は徐々にアミノ酸、プリン、ピリミジン、リボース、デオキシリボース、ポルフィリンなどの有機小分子を形成し、これは化学進化の第一段階です。
地球の形成の初期には、火山活動は非常に活発で、地球上の至る所に沸騰水のプールと熱いマグマがありました。数百万年の合成と蓄積を経て、有機小分子はますます蓄積していきます。その過程で、地球の表面温度は徐々に低下し、水蒸気は徐々に水に凝縮し、大気中の小有機分子は雨とともに原始の海に集まり、原始の海の中の小有機分子はますます豊富になっていきます。当時はまだ生命が存在せず、有機物を分解できる微生物もいなかったので、有機物はカビや腐敗することはなく、海全体が栄養価が高く暖かく清潔な“生のスープ”のようでした。“生のスープ”では、アミノ酸やヌクレオチドなどの有機分子が長期的な相互作用の下で脱水や結合などの“凝集”反応を通じて、小分子からタンパク質や核酸などの有機高分子に変化し、化学進化の第二段階です。
原始海の有機高分子の濃度が増加すると、ある外部条件によって、これらの有機高分子は海から濃縮され分離され、相互作用して小滴になっていきます。この時点で、有機高分子は、海水が分子の中に絶えず“押し込まれる”ために崩壊するのを避けることができます。この有機高分子の小滴の外側には、脂質とタンパク質の結合体である境界膜があり、“センチネル”と“ポンプ”の二重の役割を果たしています。この膜では、外部の有害物質が小滴の中に入ることはできませんが、栄養素は逆に、非常に低濃度でも小滴の中に“ポンプ”されます。このような独立した小滴が多分子系であり、この独立した多分子系は外部環境と何らかの物質交換を行うことができ、化学進化の第三段階である。
多分子系から最初の細胞への進化は、化学進化の第4段階であり、最も複雑で決定的な段階である。この段階では、核酸やタンパク質などの高分子が多分子系の中心にあり、タンパク質は多分子系の周囲にあります。中心部を核領域、周囲を質領域と呼び、核と質分割後の多分子系を“原核細胞”と呼びます。
数十億年の発展を経て、現代の細胞膜構造は非常に複雑で精密なものとなっています。リン脂質二重層は、細胞内環境を外部から隔離するための強固な壁を構成し、細胞膜には多くのタンパク質が埋め込まれており、彼らは物質交換、エネルギー変換、シグナル伝達などの責任を担っています。