在显微镜下,一个发着蓝光的“微生物”正在“培养液”中探头探脑地四处移动,它在玻璃片上爬行着,身后拖出一条淡蓝色的薄膜轨迹,仿佛像是一只小小的蜗牛。越是走得远,它的“身体”也愈发缩水,不过不要紧,吞掉沿途的那些小家伙,就能走得更远了。
进食、运动与排泄,这听起来都像是生物做的事情,不过这个小家伙其实只是研究者们在实验室中制造出的一种没有生命的化学物质复合体。日本同志社大学的盐井章久(Akihisa SHIOI)教授和他的同事们创造出了这种像生命般运动的化学系统。

这些四处移动的“微生物”实际上是由表面活性剂DDAB(双十二烷基二甲基溴化铵)、油酸钠和钙离子等成分组成的囊泡复合体,让它们显示出蓝色的则是荧光标记。虽然不像细胞那样精巧,但它们也有着复杂的内部结构。驱动囊泡们四处游走的,实际上是DDAB与碘离子之间的化学反应:碘离子会替换溴离子,形成难以溶解的产物。
在显微镜下,研究者们从玻璃片的一侧注入碘化钾溶液,并让溶液逐渐扩散开来,与囊泡们接触。表面活性剂与碘离子反应的难溶物在囊泡表面形成,它们会聚集到一起,在油酸盐和钙离子存在的环境中,这些反应还能够在玻璃片上形成一层铺展的薄膜,就像是蜗牛爬过留下的轨迹,它也推动着复合体向前移动。随着反应进行,囊泡内的物质不断被消耗,而“吞食”掉那些较小的囊泡能帮助它重获生机。在“吞食”的过程中,小囊泡中的水分被排除,其余成分则会成为四处游走的大囊泡“身体”的一部分。

单是在表面张力的作用下,简单的液滴就可以表现出相当有趣的运动现象。在2015年,内特·齐拉(Nate Cira)等人就报告了含有丙二醇的食品色素溶液液滴互相“追逐”的迷人景象(更多阅读:酷炫动图(二十四):奔跑吧,小液滴!)。蒸发与不平衡的表面张力带来了独特的液滴运动现象,不过盐井教授的实验成果看起来更有生命的味道:他的运动囊泡们能“吃”又能“拉”。

这些像生命般游走的化学系统或许能够帮助研究者们从物理化学的视角理解生命的一些特性,盐井教授等人也为它的应用提出了各种各样的展望:包括微图形化技术、给药系统的设计等等。不过,在欣赏“囊泡小蜗牛”有趣的运动现象的同时,罗马第三大学合成生物学家皮尔·路易吉·路易西(Pier Luigi Luisi)也谨慎地提醒人们,目前,这样的模拟现象还只能在非常特殊的化学环境下实现。(编辑:窗敲雨)
参考资料:
- Masato Nakada, Yukihiro Fujikami, Masaharu Kawaguchi, et al. A molecular assembly that crawls on a solid substrate with a metabolic-like process. Mol. Syst. Des. Eng., 2016, Advance Article DOI: 10.1039/C5ME00012B
- http://www.rsc.org/chemistryworld/2016/05/crawling-chemical-system-globule-alive-move-eat-defecate