生命起源
由无生命物质产生生命的自然过程 / 維基百科,自由的 encyclopedia
自然發生論,或者說生命起源[2][3][4][a],指的是自然歷程中無生命物質如何演變為有機分子乃至生命的學說[5]:vi[3][6][7]:47。目前普遍接受的假設是,地球上從非生物到生物的過渡不是一個單一的事件,而是一個進化的過程(即一個複雜性逐漸增加的過程),其中涉及到宜居星球的形成、有機分子的前生物合成、可自我複製、自組裝、自催化的分子,及細胞膜的出現。[8][9][10]對這一過程的不同階段,存在許多假說。[11]
對生物起源的研究旨在確定前生命化學反應如何在與今日截然不同的環境下產生生命[12]:29。其主要使用生物學和化學理論為工具[13],最近的研究試圖綜合更多學科探討這一問題。生命活動主要依託碳和水的專門化學反應,主要依賴4類主要的化學物質:用於構建細胞膜的脂質、醣類等碳水化合物、用於蛋白質代謝的氨基酸,以及用於遺傳機制的核酸,分為DNA和RNA兩種。任何成功的生物起源學說,都必須對這些分子類別的起源和相互作用加以解釋[14]。許多研究生物起源的方法都在研究自我複製的分子或其組成部分是如何產生的。研究者們普遍認為,目前的生命來自RNA世界[15],不過在RNA誕生之前,可能已經存在別的可以自我複製的分子。
1952年古典的米勒-尤里實驗證明,組成蛋白質的大多數氨基酸可以在複製了早期地球的環境下從無機化合物中合成出來。閃電、輻射、微隕石進入大氣層產生的熱量,以及海浪和洋流中的氣泡內爆等外部能量來源可能引發了這些反應。其他假說(如「代謝在先」假說)則側重於了解早期地球化學系統的催化作用如何產生了自我複製所需的前體分子[16]。
一種基因組學研究試圖通過識別古菌和細菌(生物的兩大主要分支,也稱雙域系統,其中真核生物屬於古菌一支)共享的基因,來描述現代生物的最後共同祖先(LUCA)的基本特徵。似乎有355個基因為所有生命共有,它們的性質表明LUCA可能是以活-隆達爾代謝途徑進行代謝活動的厭氧生物,通過化學滲透獲取能量,並以DNA為遺傳密碼,配以核糖體維持其遺傳物質。儘管LUCA生存在距今40餘億年前,但研究者們並不認為它是生命的第一種形式。早期的細胞可能有一個滲漏膜(leaky membrane),並從海底熱泉噴口附近自然產生的質子濃度梯度中獲取能量。
迄今為止,地球仍是宇宙中唯一已知孕育了生命的地方[17][18]:xvii,地球上的化石證據為大多數關於生命起源的研究提供了參考。地球大約形成於45.4億年前[19][20];地球上最早的無可爭議的生命證據至少可以追溯到35億年前[21][22][23]。加拿大魁北克努夫亞吉圖克綠岩帶的海底熱泉沉澱物中發現了化石化了的微生物,這可能是地球上最古老的生命形式的推定證據,它們似乎在37.7-42.8億年前生活在熱液噴口沉積物中,這距離44億年前冥古宙海洋形成並不久。[24]