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
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自然发生论,或者说生命起源[2][3][4][a],指的是自然历程中无生命物质如何演变为有机分子乃至生命的学说[5]:vi[3][6][7]:47。目前普遍接受的假设是,地球上从非生物到生物的过渡不是一个单一的事件,而是一个进化的过程(即一个复杂性逐渐增加的过程),其中涉及到宜居星球的形成、有机分子的前生物合成、可自我复制、自组装、自催化的分子,及细胞膜的出现。[8][9][10]对这一过程的不同阶段,存在许多假说。[11]
对生物起源的研究旨在确定前生命化学反应如何在与今日截然不同的环境下产生生命[12]:29。其主要使用生物学和化学理论为工具[13],最近的研究试图综合更多学科探讨这一问题。生命活动主要依托碳和水的专门化学反应,主要依赖4类主要的化学物质:用于构建细胞膜的脂质、糖类等碳水化合物、用于蛋白质代谢的氨基酸,以及用于遗传机制的核酸,分为DNA和RNA两种。任何成功的生物起源学说,都必须对这些分子类别的起源和相互作用加以解释[14]。许多研究生物起源的方法都在研究自我复制的分子或其组成部分是如何产生的。研究者们普遍认为,目前的生命来自RNA世界[15],不过在RNA诞生之前,可能已经存在别的可以自我复制的分子。
1952年经典的米勒-尤里实验证明,组成蛋白质的大多数氨基酸可以在复制了早期地球的环境下从无机化合物中合成出来。闪电、辐射、微陨石进入大气层产生的热量,以及海浪和洋流中的气泡内爆等外部能量来源可能引发了这些反应。其他假说(如“代谢在先”假说)则侧重于了解早期地球化学系统的催化作用如何产生了自我复制所需的前体分子[16]。
一种基因组学研究试图通过识别古菌和细菌(生物的两大主要分支,也称双域系统,其中真核生物属于古菌一支)共享的基因,来描述现代生物的最后共同祖先(LUCA)的基本特征。似乎有355个基因为所有生命共有,它们的性质表明LUCA可能是以伍德-隆达尔代谢途径进行代谢活动的厌氧生物,通过化学渗透获取能量,并以DNA为遗传密码,配以核糖体维持其遗传物质。尽管LUCA生存在距今40余亿年前,但研究者们并不认为它是生命的第一种形式。早期的细胞可能有一个渗漏膜(leaky membrane),并从海底热泉喷口附近自然产生的质子浓度梯度中获取能量。
迄今为止,地球仍是宇宙中唯一已知孕育了生命的地方[17][18]:xvii,地球上的化石证据为大多数关于生命起源的研究提供了参考。地球大约形成于45.4亿年前[19][20];地球上最早的无可争议的生命证据至少可以追溯到35亿年前[21][22][23]。加拿大魁北克努夫亚吉图克绿岩带的海底热泉沉淀物中发现了化石化了的微生物,这可能是地球上最古老的生命形式的推定证据,它们似乎在37.7-42.8亿年前生活在热液喷口沉积物中,这距离44亿年前冥古宙海洋形成并不久。[24]