科学家们认为，地球上最早的生命形式起源于“原始细胞”，这是一种由多种不同分子组成的液体混合物。来自Göttingen大学的研究团队已经证实，在这种混合物中，微小的分子数量不平衡会导致意想不到的结果。

在复杂的相互作用模式中，这种不平衡的影响被显著放大——这意味着某种占主导地位的分子几乎可以完全与其他分子隔离开来。这些重要的发现揭示了一种新的机制，适用于多种复杂混合物。例如，这可能是细胞通过微调不同分子浓度来控制其结构形成的一种方式。这项研究已在《物理评论快报》上发表。

当活细胞首次出现时，结构是通过液体的相分离形成的，这一过程被称为“相分离”。就像醋和油的混合物在搅拌后分离成液滴一样，相分离在细胞中创造了结构，进而演化成现代细胞中所知的“无膜细胞器”。

研究人员利用数学模型来描述混合物中不同类型分子之间复杂的相互作用。他们的模型包含了成分信息，即混合物中每种成分的具体含量。他们运用热力学定律来判断液体混合物是否会发生相分离，以及可能形成的结构类型。

以往由于问题的复杂性，研究者只能关注均匀组成，假设每种分子的数量相等。Göttingen大学的研究人员开发了一种更为复杂的方法来考虑这一点，并发现成分中的微小不平衡——即与均匀成分的微小偏差——可以通过热力学不稳定性引发显著的变化。这可能导致少量混合成分促使新相的形成。

“令人惊讶的是，即使是非常微小的成分失衡也会被强烈放大。对于简单的相互作用，熵可以通过创造相似组成的新阶段来最大化。但在这里，即使在包含100种不同分子的混合物中，只有2%的一种成分，这种成分也可以在开始分离的液滴中以70%的浓度存在，”Göttingen大学理论物理研究所的首席作者菲利普·休斯博士表示。

这种放大效应为细胞提供了一种调节相分离和结构形成的机制，只需对其组成进行微小的调整。

同样来自Göttingen大学理论物理研究所的资深作者Peter Sollich教授补充道：“由于我们的数学方法可以广泛应用于多种不同情况，这些结果为相关模型的应用提供了令人兴奋的潜力。例如，这种机制可以在多个领域发挥作用——从活细胞到市场经济，甚至是多物种的生态网络。”