粘土矿物原始细胞模型的构建及地球生命起源意义

Exploring the origin of life on earth is one of world's major frontier fields of science. This applying project is based on the previously reported results of nontronite protocell model and chemical signaling communication. The objectives of applying project are construction of more complex protocells models of single, multiple and environmental stimuli-responsive micro-compartments using clay minerals, modified clay minerals and environmental stimuli-responsive polymers as single or composited building blocks by Pickering emulsion and microfluidic techniques, studying potential evolution mechanisms of clay minerals involved biomolecules assembling to protocells, from the multidisciplinary aspects of mineralogy and biology. This project tries to revealing the possible mechanisms of interactions between clay and biomolecules and the roles of clay in evolution of forming protolife through biomimetic studying protocells related behaviors of subcellular structure and biochemical functions by environmental stressing (pH, temperature, light) on enzymes catalytic reactions, cascade reactions mechanisms through chemical signaling communications and redox electronic transferring, assembly and disassembly mechanisms of subcellular structure and polymerization and depolymerization of biopolymers. This applying project will be providing scientific references for recognizing formation and evolution mechanisms of protolife and promoting studies of geoscience, especially mineralogy on the topics of the origin of life on earth in China.

地球生命起源是正在探索的世界重大前沿性科学领域。本项目在申请人近期报道的绿脱石原始细胞模型并实现原始细胞间化学信号通讯的研究基础上，旨在从矿物学与生物学交叉的角度，针对生物分子形成原始细胞的演化过程，以典型粘土矿物、改性粘土矿物和环境响应型聚合物为单一或复合构筑单元，通过皮克林乳液或微流控方法，构建更为完善和复杂的单室、多室以及环境刺激响应型半透性限域结构的粘土矿物原始细胞模型。通过外部环境因素（pH、温度、光照等）调控下的可控酶催化、化学信号通讯与氧化还原电子传递的连锁反应机制、亚细胞骨架结构组装与解组装和生物分子聚合与解聚等原始细胞行为相关的生化和生理功能的仿生研究，揭示生命起源可能涉及的粘土矿物与生物分子相互作用的调控机制，探究粘土矿物在原始生命形成过程中的可能作用。通过本项目的研究，为认识原始生命的形成与演化过程提供重要参考，促进我国矿物学在生命起源领域的研究工作。

地球生命起源是正在探索的世界重大前沿性科学领域。地球生命起源大致经过了从无到有、从简单到复杂、从低级到高级的大致进化过程。从有机小分子到生物大分子的前生物化学演化已经被大量实验证明可行，但生命起源最复杂和最有决定意义的阶段即由生物分子形成原始生命的演化过程，仍然是悬而未决的重大科学问题。.地球早期环境下，原始细胞在形成过程中涉及生物分子的吸附、富集、组装等过程，从而形成具有现生细胞类似的半透性膜限域结构，实现原始细胞的相关生物行为和功能。因此，本项目从矿物学与生物学交叉的角度，紧密围绕生物分子形成原始细胞的演化过程，开展了黏土矿物（包括改性黏土矿物）与生物分子相互作用机制；黏土矿物改性与原始细胞模型构建及其性能；黏土矿物原始细胞模型的细胞功能仿生；黏土矿物原始细胞模型的生命起源意义等方面的研究。.本项目通过外部环境因素（pH、温度、光照等）调控下的可控酶催化、化学信号通讯与氧化还原电子传递的连锁反应机制、亚细胞骨架结构组装与解组装和生物分子聚合与解聚等方面的研究，深入开展原始细胞行为相关的生理与生化功能的仿生研究，为揭示黏土矿物在从生物分子到形成原始生命阶段的演化规律提供实验依据，探究了黏土矿物在原始生命形成过程中的可能作用。.本项目从黏土矿物学的视野，开展的“黏土矿物原始细胞模型构建及生命起源意义”研究工作，探究了黏土矿物在生物分子组装形成原始生命过程中的作用，不仅为认识原始生命的形成与演化过程提供了重要科学依据，而且还促进了我国地球科学特别是矿物学在生命起源领域的研究工作。