这是一个我们引以为豪的 悖论：生命需要水才能生存，但一个充满水的世界无法产生早期生命所必需的生物分子。 或者研究人员是这么认为的。
水无处不在。 人体大部分 是由它制成的， 地球的大部分 被它覆盖，人类只能生存 几天不喝. 水分子有 独特的特点 这使它们能够溶解和运输化合物通过您的身体，为您的细胞提供结构并调节您的温度。 事实上，我们所知的生命的基本化学反应需要水， 光合作用 作为一个例子。
然而，当蛋白质和 DNA 等第一批生物分子在地球早期开始聚集时，水实际上是生命的屏障。
原因非常简单：水的存在可以防止化合物失水。 以蛋白质为例，它是构成您身体的主要生物分子类别之一。 蛋白质本质上是通过化学键连接在一起的氨基酸链。 这些键是通过一个 缩合反应 这导致失去一个水分子。 本质上，氨基酸需要“干燥”才能形成蛋白质。
考虑到生命之前的地球是 被水覆盖，这是一个 大问题 使蛋白质对生命至关重要。 就像试图在游泳池里弄干一样，两种氨基酸很难失去水分才能在游泳池里聚在一起。 原始汤 早期地球。 在水存在的情况下，面临这个问题的不仅是蛋白质：其他对生命至关重要的生物分子，包括 DNA 和复合糖，也依赖于缩合反应和失水形成。
多年来，研究人员为这个“水悖论”提出了许多解决方案。 他们中的大多数都依赖于早期地球上非常具体的场景，这些场景可能允许水被去除。 这些包括 干燥水坑, 矿物表面, 温泉 和 热液喷口，等等。 这些解决方案虽然合理，但需要特定的地质和化学条件，而这可能并不常见。
在我们的 最近的一项研究, 我的同事们 和我 找到了解决水悖论的更简单、更通用的解决方案。 颇具讽刺意味的是，可能是水本身——或者更准确地说，是非常小的水滴——使得早期的生物分子得以形成。
为什么是微滴？
水滴无处不在，无论是在现代世界，尤其是在前生命（或前生命）地球期间。 在一个被汹涌的海浪和汹涌的潮汐覆盖的星球上，小水滴在 海喷雾和其他气溶胶 可能会提供一个简单而丰富的地方 第一个组装的生物分子.
水微滴——通常是直径非常小的水滴 大约百万分之一米, 远小于 蜘蛛丝直径——一开始似乎无法解决水的悖论，直到你考虑它们创造的非常特殊的化学环境。
微滴具有相当大的表面积与体积比， 液滴越小越大. 这意味着它们的组成溶剂（在这种情况下是水）和它们周围的介质（在这种情况下是空气）相遇时存在很大的空间。
多年来，研究人员表明，空气-水界面是一种独特的化学环境。 这些微滴界面的化学性质主要由 大电场, 部分溶剂化 其中分子部分被水包围， 高活性分子及 非常高的酸度. 所有这些因素都允许微滴加速其中发生的化学反应。
我们的实验室 一直在研究微滴 十，我们之前的工作已经展示了如何将常见化学反应的速率提高到 万次 在微滴中更快。 使用这些小液滴，原本需要一整天的反应现在可以在几分之一秒内完成。
In 我们最近的工作，我们提出微滴可能是水悖论的解决方案，因为它们的空气-水界面不仅可以加速反应，而且可以作为“干燥表面”，尽管存在水，但仍可促进产生生物分子所需的反应。
我们通过将溶解在水微滴中的氨基酸喷向一个 质谱仪，一种可用于分析化学反应产物的仪器。 我们发现两种氨基酸可以在有水的情况下通过微滴成功地结合在一起。 当我们添加更多的氨基酸并将这种混合物的两股喷雾碰撞在一起时，模仿益生元世界中的冲击波，我们发现这可以形成多达六个氨基酸的短肽链。
我们的研究结果表明，海洋喷雾或大气气溶胶等环境中的水微滴是早期地球的基本微反应器。 换句话说，微滴可能提供了一种化学介质，使生命的基本分子能够从溶解在覆盖地球的广阔原始海洋中的简单的小化合物中形成。
微滴的过去和未来
微滴的化学可能有助于解决许多科学领域的当前挑战。
例如，药物发现需要合成和测试数十万种化合物才能找到潜在的新药。 微滴反应的力量可以与自动化和新工具相结合，以加快合成速率 每秒超过一个反应 以及 生物学分析 每个样本不到一秒。
通过这种方式，数十亿年前可能有助于生命组成部分起源的相同现象现在可以帮助科学家更快、更有效地开发新药物和材料。
也许 JRR托尔金 他写道：“这往往是推动世界车轮的行为的过程：小手做它们是因为它们必须这样做，而大人们的眼睛却在别处。”
我相信这些小液滴的重要性远大于它们的微小尺寸。
