生命起源

生命起源的研究史

自发生成

直到19世纪初，许多人都相信非生命物质有规律地自发产生生命。这就是所谓的自发生成，但被路易-巴斯德推翻了。他证明，如果没有孢子，细菌或病毒不会在无菌物质上生长。

达尔文

1871年2月11日，查尔斯-达尔文在给约瑟夫-道尔顿-胡克的信中，提出了生命起源的自然过程。

他认为，最初的生命火花可能始于一个"温暖的小池塘，有各种氨和磷盐，有灯、热、电等。然后，一种蛋白质化合物被化学形成，准备进行更复杂的变化"。他继续解释说，"在今天，这种物质会立即被吞噬或吸收，而在生物形成之前，不会出现这种情况"。

Haldane和Oparin

直到1924年，亚历山大-奥帕林推理出大气中的氧气阻碍了有机分子的合成，才有了真正的进展。有机分子是生命进化的必要构件。奥帕林在他的《生命的起源》中认为，在无氧的大气中，通过阳光的作用，可以创造出有机分子的"原始汤"。这些分子会以越来越复杂的方式结合起来，直到形成液滴。这些液滴会通过与其他液滴的融合而"成长"，并通过裂变"繁殖"成子液滴，因此具有原始的新陈代谢，在这种新陈代谢中，那些能促进"细胞完整"的因子得以存活，那些不能存活的因子就会灭绝。现代许多生命起源的理论仍然以奥帕林的思想为出发点。

大约在同一时间，J.B.S.Haldane还提出，地球上的生物前海洋与现在的海洋截然不同，会形成一种"热稀汤"。在这个汤中，可能会形成有机化合物，即生命的构成要素。这种想法被称为生物生成论，即生命物质从自我复制但非生命的分子中进化出来的过程。

生命起源的研究史

自发生成

直到19世纪初，许多人都相信非生命物质有规律地自发产生生命。这就是所谓的自发生成，但被路易-巴斯德推翻了。他证明，如果没有孢子，细菌或病毒不会在无菌物质上生长。

达尔文

1871年2月11日，查尔斯-达尔文在给约瑟夫-道尔顿-胡克的信中，提出了生命起源的自然过程。

他认为，最初的生命火花可能始于一个"温暖的小池塘，有各种氨和磷盐，有灯、热、电等。然后，一种蛋白质化合物被化学形成，准备进行更复杂的变化"。他继续解释说，"在今天，这种物质会立即被吞噬或吸收，而在生物形成之前，不会出现这种情况"。

Haldane和Oparin

直到1924年，亚历山大-奥帕林推理出大气中的氧气阻碍了有机分子的合成，才有了真正的进展。有机分子是生命进化的必要构件。奥帕林在他的《生命的起源》中认为，在无氧的大气中，通过阳光的作用，可以创造出有机分子的"原始汤"。这些分子会以越来越复杂的方式结合起来，直到形成液滴。这些液滴会通过与其他液滴的融合而"成长"，并通过裂变"繁殖"成子液滴，因此具有原始的新陈代谢，在这种新陈代谢中，那些能促进"细胞完整"的因子得以存活，那些不能存活的因子就会灭绝。现代许多生命起源的理论仍然以奥帕林的思想为出发点。

大约在同一时间，J.B.S.Haldane还提出，地球上的生物前海洋与现在的海洋截然不同，会形成一种"热稀汤"。在这个汤中，可能会形成有机化合物，即生命的构成要素。这种想法被称为生物生成论，即生命物质从自我复制但非生命的分子中进化出来的过程。

地球上的早期状况

38亿年前的地质记录几乎没有。哈丹时代存在的环境对生命是不利的，但不利到什么程度就不得而知了。在38亿年前到41亿年前，有一段时期，被称为晚期重轰炸。之所以如此命名，是因为许多月球陨石坑被认为是在那时形成的。其他行星上的情况，如地球、金星、水星和火星一定也是类似的。如果地球当时存在的话，这些撞击很可能会给地球消毒（杀死所有生命）。

有几个人认为，细胞中的化学物质提供了早期海洋一定是什么样的线索。1926年，Macallum指出，细胞胞浆的无机成分与现代海水的无机成分有很大的不同。"细胞... 有着从地球上生命起源的过去传来的禀赋"。例如："所有细胞都含有更多的钾。"所有的细胞都比现代的海洋、湖泊或河流含有更多的钾、磷酸盐和过渡金属"。"在缺氧、_二氧化碳占主导地位的原始大气下，地热田内陆盆地的化学成分将[与]现代细胞内的化学成分一样"。

溫度

如果生命是在热液喷口附近的深海中进化的，那么它可能早在40亿至42亿年前就已经起源了。另一方面，如果生命起源于地球表面，一种普遍的看法是，生命只能在35亿至40亿年前起源。

Lazcano和Miller（1994年）认为，分子进化的速度是由通过大洋中层海底喷口的水循环速度决定的。完全的再循环需要1千万年的时间，因此到那时产生的任何有机化合物都会因温度超过300℃而被改变或破坏。他们估计，一个100千碱基基因组的DNA/蛋白质原始异养菌发展成7000个基因的丝状蓝藻只需要700万年。

地球大气层的历史

最初，地球的大气层几乎没有游离氧。经过很长一段时间，它逐渐变成了今天的样子（见大氧化事件）。这个过程是从蓝藻开始的。它们是第一个通过光合作用制造游离氧的生物。今天大多数生物的新陈代谢都需要氧气，只有少数生物可以利用其他来源进行呼吸。

因此，预计第一批原生物是化自养生物，并没有使用有氧呼吸。它们是厌氧的。

地球上的早期状况

38亿年前的地质记录几乎没有。哈丹时代存在的环境对生命是不利的，但不利到什么程度就不得而知了。在38亿年前到41亿年前，有一段时期，被称为晚期重轰炸。之所以如此命名，是因为许多月球陨石坑被认为是在那时形成的。其他行星上的情况，如地球、金星、水星和火星一定也是类似的。如果地球当时存在的话，这些撞击很可能会给地球消毒（杀死所有生命）。

有几个人认为，细胞中的化学物质提供了早期海洋一定是什么样的线索。1926年，Macallum指出，细胞胞浆的无机成分与现代海水的无机成分有很大的不同。"细胞... 有着从地球上生命起源的过去传来的禀赋"。例如："所有细胞都含有更多的钾。"所有的细胞都比现代的海洋、湖泊或河流含有更多的钾、磷酸盐和过渡金属"。"在缺氧、_二氧化碳占主导地位的原始大气下，地热田内陆盆地的化学成分将[与]现代细胞内的化学成分一样"。

溫度

如果生命是在热液喷口附近的深海中进化的，那么它可能早在40亿至42亿年前就已经起源了。另一方面，如果生命起源于地球表面，一种普遍的看法是，生命只能在35亿至40亿年前起源。

Lazcano和Miller（1994年）认为，分子进化的速度是由通过大洋中层海底喷口的水循环速度决定的。完全的再循环需要1千万年的时间，因此到那时产生的任何有机化合物都会因温度超过300℃而被改变或破坏。他们估计，一个100千碱基基因组的DNA/蛋白质原始异养菌发展成7000个基因的丝状蓝藻，只需要700万年。

地球大气层的历史

最初，地球的大气层几乎没有游离氧。经过很长一段时间，它逐渐变成了今天的样子（见大氧化事件）。这个过程是从蓝藻开始的。它们是第一个通过光合作用制造游离氧的生物。今天大多数生物的新陈代谢都需要氧气，只有少数生物可以利用其他来源进行呼吸。

因此，预计第一批原生物是化自养生物，并没有使用有氧呼吸。它们是厌氧的。

现有型号

关于生命是如何开始的，没有一个"标准模型"。大多数公认的模型都是建立在分子生物学和细胞生物学的基础上。

1. 因为有合适的条件，就会产生一些基本的小分子。这些被称为生命的单体。氨基酸就是这些分子的一种。1953年斯坦利-L-米勒和哈罗德-C-乌雷的米勒-乌雷实验证明了这一点，我们现在知道这些基本的构件在整个太空中都很常见。早期的地球应该都有。
2. 磷脂，可以形成脂质双层，是细胞膜的主要成分。
3. 核苷酸可能连接成随机的RNA分子。这可能导致自我复制的核糖体（RNA世界假说）。
4. 对底物的竞争会将迷你蛋白选择成酶。核糖体是现今细胞中蛋白质合成的关键，但我们不知道它是如何进化的。
5. 早期，核糖核酸会成为催化剂，但后来，核酸被专门用于基因组。

基本生物分子的起源虽然没有定论，但与步骤2和步骤3的意义和顺序相比，争议较小。据认为生命形成的基本化学品是：

• 甲烷（_CH4）；
• 氨（_NH3）；
• 水（H2O）；
• 硫化氢（H2S）；
• 二氧化碳(_CO2)或一氧化碳(CO)，和
• 磷酸盐（^PO43-）；

分子氧(_O2)和臭氧(_O3)要么很少，要么没有。

三个阶段

• 第一阶段：生物单体的起源
• 第二阶段：生物聚合物的起源
• 第三阶段：从分子到细胞的进化

贝纳尔提出，进化可能很早就开始了，时间在第一阶段和第二阶段之间。

现有型号

关于生命是如何开始的，没有一个"标准模型"。大多数公认的模型都是建立在分子生物学和细胞生物学的基础上。

1. 因为有合适的条件，就会产生一些基本的小分子。这些被称为生命的单体。氨基酸就是这些分子的一种。1953年斯坦利-L-米勒和哈罗德-C-乌雷的米勒-乌雷实验证明了这一点，我们现在知道这些基本的构件在整个太空中都很常见。早期的地球应该都有。
2. 磷脂，可以形成脂质双层，是细胞膜的主要成分。
3. 核苷酸可能连接成随机的RNA分子。这可能导致自我复制的核糖体（RNA世界假说）。
4. 对底物的竞争会将迷你蛋白选择成酶。核糖体是现今细胞中蛋白质合成的关键，但我们不知道它是如何进化的。
5. 早期，核糖核酸会成为催化剂，但后来，核酸被专门用于基因组。

基本生物分子的起源虽然没有定论，但与步骤2和步骤3的意义和顺序相比，争议较小。据认为生命形成的基本化学品是：

• 甲烷（_CH4）；
• 氨（_NH3）；
• 水（H2O）；
• 硫化氢（H2S）；
• 二氧化碳(_CO2)或一氧化碳(CO)，和
• 磷酸盐（^PO43-）；

分子氧(_O2)和臭氧(_O3)要么很少，要么没有。

三个阶段

• 第一阶段：生物单体的起源
• 第二阶段：生物聚合物的起源
• 第三阶段：从分子到细胞的进化

贝纳尔提出，进化可能很早就开始了，时间在第一阶段和第二阶段之间。

有机分子的起源

早期地球上有机分子的来源有三个。

1. 通过能量源（如紫外线或放电）进行有机合成；
2. 由碳质陨石(chondrites)等地外天体运送；
3. 冲击冲击驱动的有机合成；

对这些来源的估计表明，35亿年前的重炮轰击使有机物的数量与其他能源产生的有机物相当。

米勒实验和原生之汤

1953年，一位研究生斯坦利-米勒和他的教授哈罗德-乌雷进行了一项实验，证明了有机分子是如何在早期地球上从无机前体形成的。

现在著名的Miller-Urey实验使用高度还原的气体混合物--甲烷、氨和氢--来形成基本的有机单体，如氨基酸。我们现在知道，在地球历史的前半段以上，地球的大气层几乎没有氧气。

福克斯的实验

20世纪50年代和60年代，西德尼-W-福克斯研究了在地球历史早期可能存在的条件下自发形成的肽结构。他证明，氨基酸本身可以形成小肽。这些氨基酸和小肽可以被鼓励形成封闭的球形膜，即所谓的微球。

有机分子的起源

早期地球上有机分子的来源有三个。

1. 通过能量源（如紫外线或放电）进行有机合成；
2. 由碳质陨石(chondrites)等地外天体运送；
3. 冲击冲击驱动的有机合成；

对这些来源的估计表明，35亿年前的重炮轰击使有机物的数量与其他能源产生的有机物相当。

米勒实验和原生之汤

1953年，一位研究生斯坦利-米勒和他的教授哈罗德-乌雷进行了一项实验，证明了有机分子是如何在早期地球上从无机前体形成的。

现在著名的Miller-Urey实验使用高度还原的气体混合物--甲烷、氨和氢--来形成基本的有机单体，如氨基酸。我们现在知道，在地球历史的前半段以上，地球的大气层几乎没有氧气。

福克斯的实验

20世纪50年代和60年代，西德尼-W-福克斯研究了在地球历史早期可能存在的条件下自发形成的肽结构。他证明，氨基酸本身可以形成小肽。这些氨基酸和小肽可以被鼓励形成封闭的球形膜，即所谓的微球。

特殊条件

一些科学家提出了一些特殊的条件，可以使细胞合成更容易。

粘土世界

A. Graham Cairns-Smith提出了生命起源的粘土模型。粘土理论认为，复杂的有机分子是在一个预先存在的非有机平台上逐渐产生的，即溶液中的硅酸盐晶体。

深热生物圈模型

20世纪70年代，托马斯-戈德提出了生命最初不是在地球表面，而是在地表以下几公里处发展的理论。20世纪90年代末发现的纳米生物（比细菌小的丝状结构，但在深层岩石中可能含有DNA）可能支持Gold的理论。

现在已经合理地确定，在地球的浅层（至多在地表下五公里处），微生物生命丰富，其形式为嗜热型古菌，而不是较著名的真菌（生活在较易接近的环境中）。

戈尔德断言，来自深不可测的涓涓细流的食物是生存所需要的，因为在一滩有机物中产生的生命很可能会消耗掉所有的食物而灭绝。戈尔德的理论是，食物的流动是由于地球地幔中原始甲烷的出气所致。

自我组织和复制

自组织和自我复制是生命系统的标志。非生物分子在适当的条件下有时也会表现出这些特征。例如，Martin和Russel表明，将内容物与环境分开的细胞膜和自组织的自我氧化还原反应是生物最保守的属性。他们认为，这样的无机物将是生命最有可能的最后一个共同祖先。

特殊条件

一些科学家提出了一些特殊的条件，可以使细胞合成更容易。

粘土世界

A. Graham Cairns-Smith提出了生命起源的粘土模型。粘土理论认为，复杂的有机分子是在一个预先存在的非有机平台上逐渐产生的，即溶液中的硅酸盐晶体。

深热生物圈模型

20世纪70年代，托马斯-戈德提出了生命最初不是在地球表面，而是在地表以下几公里处发展的理论。1990年代末发现的纳米生物（比细菌还小的丝状结构，但在深层岩石中可能含有DNA）可能支持戈尔德的理论。

现在已经合理地确定，在地球的浅层（至多在地表下五公里处），微生物生命丰富，其形式为嗜极古菌，而不是较著名的真菌（生活在较易接近的环境中）。

戈尔德断言，来自深不可测的涓涓细流的食物是生存所需要的，因为在一滩有机物中产生的生命很可能会消耗掉所有的食物而灭绝。戈尔德的理论是，食物的流动是由于地球地幔中原始甲烷的出气所致。

自我组织和复制

自组织和自我复制是生命系统的标志。非生物分子在适当的条件下有时也会表现出这些特征。例如，Martin和Russel表明，将内容物与环境分开的细胞膜和自组织的自我氧化还原反应是生物最保守的属性。他们认为，这样的无机物将是生命最有可能的最后一个共同祖先。

理论

RNA世界假说

在这个假说中，RNA被说成既是一种酶，又是基因的容器。后来，DNA取代了它的遗传作用。

RNA世界假说提出，基于核糖核酸(RNA)的生命早于目前基于脱氧核糖核酸(DNA)、RNA和蛋白质的生命世界。RNA既能像DNA一样储存遗传信息，又能像酶一样催化化学反应。它可能支持了细胞前的生命，是走向细胞生命的重要一步。

有一些证据支持这一观点。

1. 有一些RNA可以作为酶来工作。
2. 一些病毒利用RNA进行遗传。
3. 细胞的许多最基本的部分（那些进化最慢的部分）都需要RNA。

新陈代谢和蛋白质

这种想法表明，蛋白质首先作为酶工作，产生新陈代谢。之后，DNA和RNA开始作为基因的容器发挥作用。

这个观点也有一些证据支持。

1. 蛋白质作为酶，是当今生活中必不可少的。
2. 在Miller-Urey实验中，有些氨基酸是由更基本的化学物质形成的。有些人否认这一观点，因为蛋白质不能自我复制。

脂类

在这个方案中，早期就出现了由脂质双层构成的膜。一旦有机化学物被封闭，更复杂的生物化学就成为可能。

理论

RNA世界假说

在这个假说中，RNA被说成既是一种酶，又是基因的容器。后来，DNA取代了它的遗传作用。

RNA世界假说提出，基于核糖核酸(RNA)的生命早于目前基于脱氧核糖核酸(DNA)、RNA和蛋白质的生命世界。RNA既能像DNA一样储存遗传信息，又能像酶一样催化化学反应。它可能支持了细胞前的生命，是走向细胞生命的重要一步。

有一些证据支持这一观点。

1. 有一些RNA可以作为酶来工作。
2. 一些病毒利用RNA进行遗传。
3. 细胞的许多最基本的部分（那些进化最慢的部分）都需要RNA。

新陈代谢和蛋白质

这种想法表明，蛋白质首先作为酶工作，产生新陈代谢。之后，DNA和RNA开始作为基因的容器发挥作用。

这个观点也有一些证据支持。

1. 蛋白质作为酶，是当今生活中必不可少的。
2. 在Miller-Urey实验中，有些氨基酸是由更基本的化学物质形成的。有些人否认这一观点，因为蛋白质不能自我复制。

脂类

在这个方案中，早期就出现了由脂质双层构成的膜。一旦有机化学物被封闭，更复杂的生物化学就成为可能。

泛精症

这是由Arrhenius提出，并由Fred Hoyle发展的观点，即生命是在宇宙的其他地方发展起来的，并以孢子的形式到达地球。这不是一个关于生命如何开始的理论，而是一个关于生命如何传播的理论。例如，它可能是通过陨石传播的。

有人提出，早期的火星比早期的地球是一个更好的开始生命的地方。与40亿年前地球上存在的有机（碳基）化学品的"原始汤"相比，形成遗传物质的分子更为复杂。如果RNA是第一种遗传物质，那么含硼和钼的矿物就可以协助其形成。这些矿物在火星上比在地球上更常见。

泛精症

这是由Arrhenius提出，并由Fred Hoyle发展的观点，即生命是在宇宙的其他地方发展起来的，并以孢子的形式到达地球。这不是一个关于生命如何开始的理论，而是一个关于生命如何传播的理论。例如，它可能是通过陨石传播的。

有人提出，早期的火星比早期的地球是一个更好的开始生命的地方。与40亿年前地球上存在的有机（碳基）化学品的"原始汤"相比，形成遗传物质的分子更为复杂。如果RNA是第一种遗传物质，那么含硼和钼的矿物就可以协助其形成。这些矿物在火星上比在地球上更常见。

相关网页

• 天体生物学
• 最早的已知生命形式

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