生命之起源是甚麼？幾個世紀以來，科學家花了不少精力和時間研究這個問題。

最近，香港大學（港大）的一組研究人員發現，利用蒸發作用，有助促進與活細胞相關的生化化合物的區隔化（compartmentalisation），為拆解早期地球在有生物出現以前，生物分子形成的過程，提供一個有效具創新性的技術方案。

研究團隊由港大機械工程系的岑浩璋教授率領，成員包括來自港大李嘉誠醫學院生物醫學學院Julian Tanner教授的實驗室的其他研究合作者。研究結果已在《自然通訊》發表，文章標題為「蒸發液滴中的非締合相分離作為前生物區隔化的模型」。

就早期生命的形成，科學家提出「原生湯」（primordial soup）的理論，即在大約37億至40億年前太古之初，地球上存在著液態物質，第一個生命細胞便在此誕生。而早期生物分子濃縮並形成各種功能性組件和區隔室，對於地球首批活細胞的形成至關重要。

在活細胞内部，生物分子濃縮及區隔化的其中一個原理，是透過液 - 液相分離（Liquid-liquid phase separation）的方法，即聚集著生物分子的單相溶液，在特定條件下，形成兩個或多個並存卻不相混溶的液相，一個例子是蛋白質和核酸在活細胞內能够凝結成微小的液滴，稱作『無膜細胞器』（membraneless organelles）。

然而，液 - 液相分離這方法受到許多因素的影響，包括溶液的pH 值、溫度和鹽濃度等。要在實驗中實現在稀薄而隨機的『原生湯』中，模擬一些生命無膜細胞器的形成，非常困難，特別是由於擴散作用，聚合物濃度非常低難以觸發液 - 液相分離。

研究團隊發現，液 - 液相分離可通過蒸發液滴來觸發和維持，即隨著水分蒸發，液滴內的聚合物濃度增加，從而導致更強的分子相互作用，把液滴内的分子分隔成不相混溶的液相。

岑教授的團隊在實驗中，通過蒸發含有聚乙二醇（PEG）和葡聚醣的全水性液滴，實現生物分子區隔化。由此產生的自發性區隔化提升了化學反應速率，這點可以從RNA的合成、富集以及RNA催化的活性增加三倍得到證明。

岑教授說：「我們利用蒸發作用催化生物分子的形成，就研究生命起源這個大問題提供一個可行的方案。在太古之初，當還未有生物出現，複雜的生物過程例如酶這類生物催化劑的活動仍有待進化產生，熱力可能就是最原始的催化劑。」

專門從事製造RNA追踪工具的港大生物醫學學院博士後Andrew Brian Kinghorn指出：「我們的研究，把生命所需要的各種化學物通過蒸發或乾燥作用進行區隔化和濃縮，使它們有足夠的數量產生化學反應，這有助揭示早期生命形態可能經歷的事情。」他將這種相分離過程比作日常即飲混合咖啡 - 「原生湯」，透過蒸發作用，把牛奶與咖啡 - 功能性生命組件，自發分離出來。

團隊的另一位成員、博士生郭偉在實驗中，把最初均勻、透明的一滴液滴，透過蒸發，分離成互不相溶的兩相，他於顯微鏡下目睹整個過程大感興奮，說：「我們把較大的液滴蒸發分解成較小的液滴，這嶄新的技術，將有助未來對活細胞的研究。」他指出，研究結果對於從流體動力學角度理解物理現象奠定了非常堅實的基礎。

岑教授指出，利用這技術，在施加一些控制因素（例如對溫度、濕度或蒸發速率的控制），可以對分子反應有更多瞭解，或應用於醫學診斷或製造全水相微小液滴。

岑教授是知名的微流體研究人員，致力於揭開更多關於液體及其他方面的奧秘。團隊之前研發的雙水相系統，已經廣泛應用於蛋白質的生產和提純，原理是通過向水裡添加一些可溶於水的聚合物，例如聚乙二醇和葡聚糖，促使溶液發生相分離，產生上下分層而且互不相溶的兩種水溶液。今次是首次利用蒸發作用來推動這類相分離。岑教授認爲今次是人類好奇心促進科學發現的一個好例子。

「這個實驗是研究事物如何從一個非常簡單的系統中產生（即將簡單的事物合成更複雜事物）；就像生命起源一樣，關鍵是如何從簡單的系統中衍生複雜的事物。」他的團隊樂於聽取科學界對他們的「偶然發現」有何反饋意見。

岑教授與李嘉誠醫學院的Tanner教授一直合作開展各種項目，參與的包括博士生、本科生和研究生等跨學科人員，令共同進行的實驗和研究工作豐富多彩。

「好的科學發現、觀察的有趣事物和現象往往引發更多問題。這是我從事科學研究的樂趣所在；你意識到你有甚麽不明白的地方，而你知道問題所在；你偶爾會得到某些問題的小答案，因此獲得小小的勝利，此乃一種鼓勵。但即使你得到所有答案後，項目也不會就此完結。有時候，你只會對一些值得與社會各界分享的問題有答案。」岑教授補充說。

「蒸發液滴中的非締合相分離作為前生物區隔化的模型」“Non-associative phase separation in an evaporating droplet as a model for prebiotic compartmentalization”在《自然通訊》的論文連結: https://www.nature.com/articles/s41467-021-23410-7

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