在现代生物中，遗传物质DNA编码了合成蛋白质的指令，蛋白质是使现代细胞运作和复制的多功能纳米机器。但是DNA和蛋白质之间的这种功能连接是如何建立的呢?根据“RNA世界”假说，原始生命系统是基于自我复制的RNA分子。从化学上讲，RNA与DNA密切相关。然而，除了存储信息，RNA还可以折叠成具有催化活性的复杂结构，类似于催化细胞内化学反应的蛋白质纳米机器。这些特性表明，RNA分子应该能够催化其他RNA链的复制，并启动自我维持的进化过程。因此，在生命起源的背景下，RNA作为第一个功能生物聚合物的有希望的候选人是特别感兴趣的。

为了正确折叠，RNA需要相对高浓度的双电荷镁离子和最低浓度的单电荷钠，因为后者会导致RNA链的错误折叠。仅仅是干燥就改变了盐的浓度，而不是不同离子的相对数量。因此，由LMU生物物理学家Dieter Braun和Christof Mast领导的研究人员，与马克斯·普朗克生物化学研究所和LMU地球科学的同事合作，现在有人问，在大约40亿年前地球上普遍存在的条件下，相关的盐平衡是如何实现的。“我们已经证明，玄武岩和简单对流的结合可以在自然条件下产生Mg和Na离子之间的最佳关系，”Mast解释说。

玄武岩玻璃与热流

为此，由Donald Dingwell和Bettina Scheu领导的LMU地球科学家首次合成了玄武岩玻璃，并将玄武岩的各种形态分为岩石和玻璃两种。玄武岩玻璃是在溶化的玄武岩快速冷却时产生的，例如当它与海水接触时——这是地球上不断发生的自然过程。在第二步中，LMU的生物物理学家分析了在不同条件下从玻璃中提取的镁和钠的数量，如温度或地质材料的粒度。他们总是发现水中的钠明显多于镁，而镁的浓度远低于生命前RNA纳米机器所需的浓度。

“然而，当加入热流时，这种情况发生了相当大的变化——由于预计在生命形成前的环境中存在高水平的地质活动，热流很可能已经存在，”Mast说。在玄武岩玻璃的特征之一的狭窄孔隙和裂缝中，温度梯度不仅诱导对流流动，还导致离子的净运动方向与电流方向相反。这种效应被称为热电泳，其大小强烈依赖于有关离子的大小和电荷。这种对流和热电泳的结合最终导致镁离子在比钠离子高得多的局部浓度下的局部积累。此外，这种浓度效应的大小随系统的大小而增加。

利用Hannes Mutschler (MpI for Biochemistry/ TU Dortmund)提供的催化RNA链作为基准系统，该团队继续证实，RNA链的连接和核酶的自我复制在热电泳条件下更有效。事实上，新的研究表明，热流的存在允许RNA活动发生，即使介质中含有大量过量的钠离子(1000:1)，例如某些条件是在某些生物起源的情况下假设的，但在其他方面与基于RNA的催化过程不相容。

Journal

Nature Chemistry

Article Title

Heat flows in rock cracks naturally optimize salt compositions for ribozymes