Self-reproducing catalytic micelles as nanoscopic protocell precursors

原细胞 胶束 自然发生 生物高聚物 催化作用 纳米技术 自催化 脂质双层 纳米地形 化学 纳米尺度 小泡 材料科学 聚合物 生物 天体生物学 有机化学 生物化学 水溶液
作者
Amit Kahana,Doron Lancet
出处
期刊:Nature Reviews Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:5 (12): 870-878 被引量:72
标识
DOI:10.1038/s41570-021-00329-7
摘要

Protocells at life’s origin are often conceived as bilayer-enclosed precursors of life, whose self-reproduction rests on the early advent of replicating catalytic biopolymers. This Perspective describes an alternative scenario, wherein reproducing nanoscopic lipid micelles with catalytic capabilities were forerunners of biopolymer-containing protocells. This postulate gains considerable support from experiments describing micellar catalysis and autocatalytic proliferation, and, more recently, from reports on cross-catalysis in mixed micelles that lead to life-like steady-state dynamics. Such results, along with evidence for micellar prebiotic compatibility, synergize with predictions of our chemically stringent computer-simulated model, illustrating how mutually catalytic lipid networks may enable micellar compositional reproduction that could underlie primal selection and evolution. Finally, we highlight studies on how endogenously catalysed lipid modifications could guide further protocellular complexification, including micelle to vesicle transition and monomer to biopolymer progression. These portrayals substantiate the possibility that protocellular evolution could have been seeded by pre-RNA lipid assemblies. We propose that life originated in spontaneously formed catalytic lipid micelles. Accumulating experimental evidence shows that such micelles undergo compositional autocatalytic reproduction. Lipid-first constitutes a parsimonious alternative to the RNA-first scenario.
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