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自然發(fā)生論，或者說(shuō)生命起源，指的是自然歷程中無(wú)生命物質(zhì)如何演變?yōu)橛袡C(jī)分子乃至生命的學(xué)說(shuō)。目前普遍接受的假設(shè)是，地球上從非生物到生物的過(guò)渡不是一個(gè)單一的事件，而是一個(gè)進(jìn)化的過(guò)程（即一個(gè)復(fù)雜性逐漸增加的過(guò)程），其中涉及到宜居星球的形成、有機(jī)分子的前生物合成、可自我復(fù)制、自組裝、自催化的分子，及細(xì)胞膜的出現(xiàn)。對(duì)這一過(guò)程的不同階段，存在許多假說(shuō)。

對(duì)生物起源的研究旨在確定前生命化學(xué)反應(yīng)如何在與今日截然不同的環(huán)境下產(chǎn)生生命。其主要使用生物學(xué)和化學(xué)理論為工具，最近的研究試圖綜合更多學(xué)科探討這一問(wèn)題。生命活動(dòng)主要依托碳和水的專門化學(xué)反應(yīng)，主要依賴4類主要的化學(xué)物質(zhì)：用于構(gòu)建細(xì)胞膜的脂質(zhì)、糖類等碳水化合物、勇于蛋白質(zhì)代謝的氨基酸，以及用于遺傳機(jī)制的核酸，分為DNA和RNA兩種。任何成功的生物起源學(xué)說(shuō)，都必須對(duì)這些分子類別的起源和相互作用加以解釋。許多研究生物起源的方法都在研究自我復(fù)制的分子或其組成部分是如何產(chǎn)生的。研究者們普遍認(rèn)為，目前的生命來(lái)自RNA世界，不過(guò)在RNA誕生之前，可能已經(jīng)存在別的可以自我復(fù)制的分子。

1952年經(jīng)典的米勒-尤里實(shí)驗(yàn)證明，組成蛋白質(zhì)的大多數(shù)氨基酸可以在復(fù)制了早期地球的環(huán)境下從無(wú)機(jī)化合物中合成出來(lái)。閃電、輻射、微隕石進(jìn)入大氣層產(chǎn)生的熱量，以及海浪和洋流中的氣泡內(nèi)爆等外部能量來(lái)源可能引發(fā)了這些反應(yīng)。其他假說(shuō)（如“代謝在先”假說(shuō)）則側(cè)重于了解早期地球化學(xué)系統(tǒng)的催化作用如何產(chǎn)生了自我復(fù)制所需的前體分子。

一種基因組學(xué)研究試圖通過(guò)識(shí)別古菌和細(xì)菌（生物的兩大主要分支，也稱雙域系統(tǒng)，其中真核生物屬于古菌一支）共享的基因，來(lái)描述現(xiàn)代生物的最后共同祖先（LUCA）的基本特征。似乎有355個(gè)基因?yàn)樗猩灿?，它們的性質(zhì)表明LUCA可能是以伍德－隆達(dá)爾代謝途徑進(jìn)行代謝活動(dòng)的厭氧生物，通過(guò)化學(xué)滲透獲取能量，并以DNA為遺傳密碼，配以核糖體維持其遺傳物質(zhì)。盡管LUCA生存在距今40余億年前，但研究者們并不認(rèn)為它是生命的第一種形式。早期的細(xì)胞可能有一個(gè)滲漏膜（leaky membrane），并從海底熱泉噴口附近自然產(chǎn)生的質(zhì)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，地球上的化石證據(jù)為大多數(shù)關(guān)于生命起源的研究提供了參考。地球大約形成于45.4億年前；地球上最早的無(wú)可爭(zhēng)議的生命證據(jù)至少可以追溯到35億年前。加拿大魁北克的努夫亞吉圖克綠巖帶（Nuvvuagittuq Greenstone Belt）的海底熱泉沉淀物中發(fā)現(xiàn)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(jù)，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并不久。

概述

更多信息：天體生物學(xué)

生命由帶有（可遺傳）變異的繁殖組成。NASA將生命定義為“能進(jìn)行達(dá)爾文進(jìn)化[生物進(jìn)化]的自我維持的化學(xué)系統(tǒng)”。這樣一個(gè)系統(tǒng)是復(fù)雜的；而最后共同祖先（LUCA）估計(jì)是生活在約40億年前的單細(xì)胞生物，已經(jīng)有數(shù)百個(gè)基因編碼為今日普遍存在的DNA遺傳碼。這反過(guò)來(lái)又意味著LUCA一定有一套與DNA生物相似的細(xì)胞機(jī)器，如信使RNA、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA、核糖體等，以按DNA編碼組建蛋白質(zhì)。這些蛋白質(zhì)包括通過(guò)通過(guò)伍德－隆達(dá)爾代謝途徑進(jìn)行無(wú)氧呼吸的酶，以及復(fù)制遺傳物質(zhì)的DNA聚合酶。

生命起源研究者面臨的挑戰(zhàn)是，如何通過(guò)進(jìn)化步驟解釋這樣一個(gè)復(fù)雜而又緊密聯(lián)系的系統(tǒng)的產(chǎn)生，因?yàn)檎б豢?，它的每個(gè)部分都是能使它正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件。例如，一個(gè)細(xì)胞，無(wú)論是LUCA還是現(xiàn)代生命體，都會(huì)用DNA聚合酶復(fù)制其DNA，而DNA聚合酶又是通過(guò)翻譯DNA中的DNA聚合酶基因產(chǎn)生的。酶和DNA的產(chǎn)生都離不開(kāi)對(duì)方。進(jìn)化過(guò)程可能涉及分子的自我復(fù)制、細(xì)胞膜等部件的自組裝和自催化反應(yīng)。

產(chǎn)生LUCA這樣的活細(xì)胞的前提條件是很清楚的，盡管在細(xì)節(jié)上有爭(zhēng)議：那大抵是一個(gè)有充足礦物和液態(tài)水供應(yīng)的宜居環(huán)境。前生物合成創(chuàng)造了一系列簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物，它們被組裝成聚合物，如蛋白質(zhì)和RNA。LUCA之后的過(guò)程也很好理解：生物進(jìn)化創(chuàng)造了一系列具有不同形態(tài)和生化能力的物種。然而，像LUCA這樣的生命體從無(wú)生命環(huán)境中衍生出來(lái)的過(guò)程還遠(yuǎn)未被理解。

地球仍是已知唯一存在生命的地方，而天體生物學(xué)試圖尋找其他星球上的生命證據(jù)。2015年，NASA關(guān)于生命起源的戰(zhàn)略旨在通過(guò)確定相互作用、中間結(jié)構(gòu)和功能、能量來(lái)源和環(huán)境因素，來(lái)解釋可進(jìn)化大分子系統(tǒng)的多樣性、選擇和復(fù)制，并繪制可能的原始信息聚合物的化學(xué)圖景。它認(rèn)為，能復(fù)制、儲(chǔ)存遺傳信息并表現(xiàn)出受選擇的特性的聚合物，可能是前生物化學(xué)進(jìn)化涌現(xiàn)的關(guān)鍵步驟之一。這些聚合物又來(lái)自簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物，如核堿基、氨基酸、糖，它們可能是由環(huán)境中的反應(yīng)自然產(chǎn)生的。任何成功的生物起源學(xué)說(shuō)，都必須對(duì)所有這些化學(xué)物質(zhì)的起源和相互作用加以解釋。

1960年代前的概念演變

自然發(fā)生

主條目：自然發(fā)生

從亞里士多德時(shí)代延續(xù)到19世紀(jì)的生命起源理論是自然發(fā)生：“低等的”動(dòng)物是由腐爛的有機(jī)物生成的，生命的產(chǎn)生是偶然的。托馬斯·布朗的《常見(jiàn)錯(cuò)誤（Pseudodoxia Epidemica）》（1646）中，對(duì)這一理論提出了質(zhì)疑。1665年，羅伯特·胡克發(fā)表了第一張微生物的圖像。1676年，安東尼·范·列文虎克繪制并描述了微生物，可能是原生生物或細(xì)菌。列文虎克不同意自然發(fā)生理論，1680年代，他進(jìn)行了肉類在密封和開(kāi)放環(huán)境下的肉類腐爛對(duì)照實(shí)驗(yàn)，以及對(duì)昆蟲(chóng)繁殖的仔細(xì)研究，證明了這一理論的不正確。1668年，弗朗切斯科·雷迪指出，將肉置于蒼蠅無(wú)法產(chǎn)卵的環(huán)境中時(shí)，肉不會(huì)生蛆。到19世紀(jì)中葉，自然發(fā)生理論基本不再是共識(shí)。

胚種論

主條目：胚種論

另一個(gè)可以追溯到公元前5世紀(jì)的古老思想是阿那克薩哥拉最先提出的胚種論，即認(rèn)為生命存在于整個(gè)宇宙，由流星體、小行星、彗星和太陽(yáng)系小天體帶到地球上。它并不試圖解釋生命究竟如何起源，只是將生命的起源從地球上轉(zhuǎn)移出去。這樣做的好除上述，生命不需要在它出現(xiàn)的每顆行星上都形成一遍，而是在更有限的地點(diǎn)（甚至可能是單一地點(diǎn)）形成，然后通過(guò)彗星或隕石撞擊，在銀河系中傳播。

原始湯

主條目：原始湯

生命起源于非生命物質(zhì)的緩慢階段的觀點(diǎn)見(jiàn)于赫伯特·斯潘塞《生物學(xué)原理》（1864–1867）、威廉·特納·西塞爾頓-戴爾的論文《論自發(fā)產(chǎn)生和進(jìn)化》（1879）。1871年2月1日，查爾斯·達(dá)爾文在給約瑟夫·道爾頓·胡克的信中談到了這些出版物，并提出了自己的推測(cè)，認(rèn)為生命的最初起源可能始于一個(gè)“溫暖的小池塘，有氨和磷酸鹽，外部有充足的光、熱、電，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生了一種蛋白質(zhì)化合物，并準(zhǔn)備進(jìn)行更復(fù)雜的變化……在今天，這種物質(zhì)會(huì)被立即吞噬或吸收，生物出現(xiàn)以前則不會(huì)發(fā)生這種事?！?/p>

亞歷山大·伊萬(wàn)諾維奇·奧巴林（1924）和J. B. S. 霍爾丹（1929）先后提出，構(gòu)成最早細(xì)胞的第一批分子是從原始湯中慢慢自我組織起來(lái)的，這一理論被稱為奧巴林–霍爾丹假說(shuō)。霍爾丹提出，地球的前生物海洋基本是一大鍋“熱稀湯”，有機(jī)化合物可能形成于其中。J·D·伯納爾指出，這種機(jī)制可以從無(wú)機(jī)前體形成生命所需的大部分分子。1967年，他提出了三個(gè)“階段”：?jiǎn)误w的起源；聚合物的起源；分子到細(xì)胞的演變。

米勒-尤里實(shí)驗(yàn)

主條目：米勒-尤里實(shí)驗(yàn)

1952年，斯坦利·米勒和哈羅德·尤里進(jìn)行了一項(xiàng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證有機(jī)分子如何在奧巴林–霍爾丹假說(shuō)所假設(shè)的前生物條件下從無(wú)機(jī)前體中自發(fā)形成。實(shí)驗(yàn)使用了具有高還原性的氣體混合物，其中包含甲烷、氨、氫及水蒸氣，來(lái)形成簡(jiǎn)單的有機(jī)單體，如氨基酸。貝爾納（Bernal）在談到米勒-尤里實(shí)驗(yàn)時(shí)說(shuō)：“僅僅解釋這種分子的形成是不夠的，需要的是對(duì)這些分子的起源進(jìn)行物理化學(xué)解釋，表明存在合適的自由能來(lái)源?！比欢壳暗墓沧R(shí)認(rèn)為原始大氣應(yīng)具有弱還原性或中性，這樣大大限制了可能產(chǎn)生的氨基酸的數(shù)量和種類。然而，早期海洋中存在的鐵和碳酸鹽礦物的加入，產(chǎn)生了多樣的氨基酸。后來(lái)的研究工作關(guān)注另外兩種潛在的還原性環(huán)境：外層空間和深海熱液噴口。

宜居地球的誕生

擁有第一批恒星的早期宇宙

參見(jiàn)：宇宙年表

宇宙大爆炸之后不久，宇宙中的化學(xué)元素只有氫、氦、鋰，是最輕的3種原子。這些元素逐漸聚集在一起，形成了恒星。這些早期恒星質(zhì)量大且壽命短，通過(guò)恒星核合成產(chǎn)生所有較重的元素。碳是宇宙中豐度第四多的元素（排在氫氦氧之后），主要形成于白矮星中，特別是那些大于太陽(yáng)質(zhì)量?jī)杀兜?。這些恒星的生命周期即將結(jié)束時(shí)，它們會(huì)將這些較重的元素（包括碳和氧）拋射到整個(gè)宇宙。這些較重的元素使得新的星體得以形成，包括巖質(zhì)行星和其他天體。根據(jù)星云假說(shuō)，太陽(yáng)系的形成與進(jìn)化始于46億年前，一片巨大分子云的一小部分發(fā)生了引力坍縮。坍縮物質(zhì)的大部分質(zhì)量聚集在中心，形成了太陽(yáng)，而其余的則變扁平，形成原行星盤，其中誕生了行星、衛(wèi)星、小行星和其他太陽(yáng)系小天體。

地球的出現(xiàn)

參見(jiàn)：地球地質(zhì)歷史和適居帶

[地球的年齡|地球]]形成于約45.4億年前。冥古宙地球（自形成至40億年前）起初不適宜任何生命生存。在其形成過(guò)程中，地球失去了其初始質(zhì)量的很大一部分，因此缺乏容納分子氫和大部分惰性氣體的引力。大氣層主要由水蒸氣、氮和二氧化碳組成，還有少量的一氧化碳、氫和硫化物。二氧化碳在水中的溶解，使得海洋呈微酸性，pH值約為5.5。冥古宙大氣被描述為一個(gè)“巨大、多產(chǎn)的戶外化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”，類似于今日的火山氣體，仍然支持一些非生物化學(xué)過(guò)程。

海洋可能在地球形成后2億年內(nèi)就出現(xiàn)了，可能處于接近沸騰（100°C）的還原環(huán)境，pH值從5.8附近迅速上升到中性。這一設(shè)想可從來(lái)自澳大利亞西部納爾耶爾（Narryer）片麻巖地體的變質(zhì)石英巖中形成于44.04億年前的鋯石結(jié)晶得到旁證?；鹕交顒?dòng)可能有過(guò)顯著增加，但在44-43億年前，地球可能是一個(gè)水世界，幾乎沒(méi)有陸殼，水圈受到來(lái)自金牛T星階段的太陽(yáng)的紫外線、宇宙線輻射和持續(xù)的小行星和彗星撞擊。

后期重轟炸期假說(shuō)認(rèn)為，42.8億年前到38億年前的宇宙環(huán)境對(duì)生命來(lái)說(shuō)非常危險(xiǎn)。按尼斯模型，巨行星軌道的變化可能使地球受到小行星和彗星的轟炸，并使月球和內(nèi)行星遭受了巨大的破壞。頻繁的撞擊會(huì)使得光合作用變得不可能。這種破壞性事件的間隙，為早期環(huán)境中生命的可能起源提供了窗口期。如果生命源于深海熱液環(huán)境，那么生命誕生的時(shí)間可能早在42-40億年前。如果生命起源于陸地上，那么生命誕生的時(shí)間可能只發(fā)生在37-40億年前。然而，新的月面考察和樣本使得連尼斯模型的倡導(dǎo)者都閉口不提后期重轟炸期的重要性。

如果生命在十幾米深的海洋中進(jìn)化，上方的水就足夠深，既不會(huì)使生命受到后期重轟炸的影響，也不會(huì)受當(dāng)時(shí)太陽(yáng)的強(qiáng)紫外線輻射影響。地?zé)峒訜岬难髿た赡芡ㄟ^(guò)深海熱液噴口產(chǎn)生比米勒-尤里實(shí)驗(yàn)多得多的有機(jī)物?？捎玫臒崃吭?00–150 °C時(shí)達(dá)到最大，這是超嗜熱細(xì)菌和嗜熱嗜酸古菌生活的溫度。這些現(xiàn)代生物可能是最接近LUCA的現(xiàn)存生物。

最早的生命證據(jù)

生命在地球上已經(jīng)綿延了超過(guò)35億年，至少在始太古代，地殼已經(jīng)基本徹底凝固時(shí)就已經(jīng)存在了。迄今為止發(fā)現(xiàn)的最早的生命證據(jù)是加拿大魁北克努夫亞吉圖克綠巖帶（Nuvvuagittuq Greenstone Belt）的微生物化石，分散在年代介于37.7-42.8億年前由海底熱泉沉淀物形成的條狀鐵層中。這距離44億年前海洋形成并不久。這些微生物與現(xiàn)代的熱液噴口細(xì)菌相似，說(shuō)明生命可以在這種環(huán)境中生存，自然也可能在這里產(chǎn)生。

格陵蘭西南37億年前的變質(zhì)沉積巖中發(fā)現(xiàn)了生物石墨。格陵蘭西南伊蘇阿綠巖帶（Isua Greenstone Belt）附近的阿凱利亞島（Akilia）上，37億年前的巖石中，發(fā)現(xiàn)了生物碳同位素特征。伊蘇阿綠巖帶的其他部分，被困在石榴石晶體內(nèi)的石墨包裹體，與生命的其他元素有關(guān)：氧、氮，可能還有磷酸鹽形式的磷，為37億年前的生命提供了進(jìn)一步的證據(jù)。澳大利亞西部34.9億年前的砂巖中發(fā)現(xiàn)了菌毯化石澳洲西部皮爾布拉地區(qū)，一片海灘化石的含黃鐵礦砂巖中，發(fā)現(xiàn)了早期生命確鑿的證據(jù)：圓管狀的細(xì)胞，在沒(méi)有氧氣的情況下通過(guò)光合作用氧化硫。來(lái)自澳洲西部的鋯石暗示，地球至少在41億年前就存在生命。

澳洲西部皮爾布拉地區(qū)包含有34.8億年前的德雷瑟（Dresser）組地層，包括被稱為疊層石的分層結(jié)構(gòu)。它們的現(xiàn)代對(duì)應(yīng)物是包括藍(lán)細(xì)菌在內(nèi)的光合微生物。它們位于未變形的熱液沉積地層中，其紋理帶有生物源特征。德雷瑟組地層的部分地區(qū)保留了陸地上的溫泉，而其他地區(qū)似乎是淺海。

產(chǎn)生分子：前生物合成

除氫和氦之外的所有化學(xué)元素都來(lái)自恒星核合成。生命的基本化學(xué)成分——碳?xì)浞肿樱–H）、碳?xì)湔x子（CH+）和碳離子（C+）——是由恒星發(fā)出的紫外線形成的。復(fù)雜的分子，包括有機(jī)分子，在太空和行星上都可以自然形成。早期地球上的有機(jī)分子可能來(lái)自陸地，其合成過(guò)程是由撞擊沖擊或紫外線、氧化還原耦聯(lián)或放電等其它能源驅(qū)動(dòng)；也可能來(lái)自地外（偽泛生論），有機(jī)分子率先產(chǎn)生于星際云，后來(lái)降落到地球上。

觀測(cè)到的地外有機(jī)分子

參見(jiàn)：星際分子列表

分子中含有碳的化學(xué)物質(zhì)，絕大多數(shù)都是有機(jī)化合物。太陽(yáng)、恒星、彗星和大多數(shù)行星的大氣層中，碳都十分豐富。有機(jī)化合物在太空中比較常見(jiàn)，由分子云和星周包層中“復(fù)雜的分子合成工廠”形成，并在反應(yīng)開(kāi)始后由游離輻射引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。在隕石中發(fā)現(xiàn)了嘌呤和嘧啶核堿基，包括鳥(niǎo)嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶和胸腺嘧啶。這可能為DNA和RNA在早期地球上的形成提供了材料。甘氨酸見(jiàn)于維爾特二號(hào)彗星噴出的物質(zhì)，它早先曾在隕石中探測(cè)到。彗星上包裹著的黑色物質(zhì)，可能是由簡(jiǎn)單的碳化合物在電離輻射下形成的焦油狀有機(jī)物。彗星的物質(zhì)噴射可能把帶有此類復(fù)雜分子的物質(zhì)帶到了地球上。據(jù)估計(jì)，在后期重轟炸期期間，隕石每年可能向地球輸送多達(dá)500萬(wàn)噸的前生物有機(jī)物。

多環(huán)芳烴（PAH）世界假說(shuō)

多環(huán)芳烴（PAH）是可觀測(cè)宇宙中最常見(jiàn)、最豐富的多原子分子，是碳的主要存在形式。它們似乎是在宇宙大爆炸后不久形成的，并與新恒星和太陽(yáng)系外行星有關(guān)。它們很可能也是地球原始海洋的成分之一。在星云、星際物質(zhì)、彗星和隕石中都檢測(cè)到了多環(huán)芳烴。

PAH世界假說(shuō)認(rèn)為，PAH是RNA世界的前身。HH 46-IR是一顆類似于太陽(yáng)早期的恒星，被一個(gè)物質(zhì)盤包裹，其中的分子有氰化物、烴和一氧化碳。星際介質(zhì)中的PAH可以通過(guò)氫化、氧化和羥基化變?yōu)榛铙w細(xì)胞可用的更復(fù)雜的有機(jī)化合物。

核堿基

星際塵埃帶到地球上的大多數(shù)有機(jī)化合物，由于其特殊的表面催化作用，有助于形成復(fù)雜的分子。對(duì)默奇森隕石所帶的有機(jī)化合物的12C/13C的同位素豐度的研究表明，RNA成分中的尿嘧啶和黃嘌呤等相關(guān)分子，是在地外形成的。NASA對(duì)隕石的研究表明，所有4種DNA核堿基（腺嘌呤、鳥(niǎo)嘌呤和相關(guān)有機(jī)物）都是在外太空形成的。宇宙塵埃含有復(fù)雜的有機(jī)物（“具有芳香性–脂肪族化合物混合結(jié)構(gòu)的無(wú)定形有機(jī)固體”），可能由恒星迅速產(chǎn)生。原恒星周圍和隕石上可探測(cè)到糖醛，它是一種糖類分子，也是RNA前體的一種。

實(shí)驗(yàn)室合成

早在1860年代，實(shí)驗(yàn)就證明了，簡(jiǎn)單的碳源與豐富的無(wú)機(jī)催化劑的相互作用，足以產(chǎn)生生物大分子。但是，在原始湯理論所假設(shè)的條件下，從非生物生成的單體自發(fā)形成復(fù)雜的聚合物也不簡(jiǎn)單。在米勒-尤里實(shí)驗(yàn)和約安·奧羅的實(shí)驗(yàn)中，除了必要的有機(jī)單體之外，也形成了高濃度的阻止其他物質(zhì)形成聚合物的物質(zhì)。蛋白質(zhì)酶的編碼中使用了約20種氨基酸，這是可能的產(chǎn)物中一個(gè)非常小的子集。生命傾向于使用任何可用的東西，所以為什么蛋白質(zhì)編碼只用了這樣幾種氨基酸需要合理的解釋。

糖類

布特列洛夫在1861年指出，當(dāng)甲醛在堿性條件下與鈣等二價(jià)金屬離子一起加熱時(shí)，聚糖反應(yīng)（formose reaction）就會(huì)產(chǎn)生包括四糖、五糖、六糖在內(nèi)的糖類。布雷斯羅在1959年指出，該反應(yīng)是自催化反應(yīng)。

核堿基

像鳥(niǎo)嘌呤和腺嘌呤這樣的核堿基可以從簡(jiǎn)單的碳、氮源（如氰化氫（HCN）和氨）中合成出來(lái)。甲酰胺在與地球上的礦物一起加熱時(shí)，可以產(chǎn)生所有4種核苷酸。甲酰胺在宇宙中無(wú)處不在，由水和HCN的反應(yīng)產(chǎn)生。它可以通過(guò)水的蒸發(fā)來(lái)濃縮。HCN只對(duì)當(dāng)時(shí)還不存在的好氧生物（真核生物與好氧菌）有毒，還可以在甘氨酸的合成等化學(xué)過(guò)程中發(fā)揮作用。

包括尿嘧啶、胞嘧啶和胸腺嘧啶在內(nèi)的DNA和RNA成分可以在外太空中，利用隕石中發(fā)現(xiàn)的嘧啶等前體合成出來(lái)。嘧啶可能形成于紅巨星、星際塵埃和氣體云里。所有四種RNA堿基可能是在高能量密度事件（如隕石撞擊）中從甲酰胺合成的。

其他從無(wú)機(jī)材料合成堿基的途徑也有報(bào)道。凍結(jié)溫度對(duì)合成嘌呤是有利的，因?yàn)檫@對(duì)關(guān)鍵前體，如氰化氫有濃縮作用。然而，胞嘧啶和尿嘧啶可能需要接近沸騰的溫度。將氨和氰化物在冰柜中放置25年后，冰中形成了7種氨基酸和11種核堿基。使尿素溶液在還原性環(huán)境下進(jìn)行凍融循環(huán)，并以火花放電作為能量來(lái)源，可以合成出S-三嗪（代替核堿基）、嘧啶（包括胞嘧啶和尿嘧啶）和腺嘌呤。對(duì)于在如此低的溫度下這些反應(yīng)的不尋常速度，普遍認(rèn)同的解釋是共晶凍結(jié)：雜質(zhì)被擠在冰內(nèi)的微型液袋中，分子會(huì)更頻繁地碰撞。

產(chǎn)生合適的囊泡

脂質(zhì)世界理論認(rèn)為，第一個(gè)實(shí)現(xiàn)了自我復(fù)制的物體應(yīng)類似于脂質(zhì)。磷脂在水中被攪動(dòng)時(shí)，可能會(huì)形成磷脂雙分子層——與細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)相同。這些分子在早期地球上并不存在，但其他兩親分子鏈也會(huì)形成膜。插入額外的脂質(zhì)可以擴(kuò)展這些組織，并可能自發(fā)地分裂成兩個(gè)大小、成分相似的后代。主要觀點(diǎn)是，脂質(zhì)體的分子組成是信息存儲(chǔ)的第一步，像RNA這樣的存儲(chǔ)信息的聚合物是在后來(lái)的進(jìn)化中出現(xiàn)的。對(duì)可能存在于前生物世界的兩親分子囊泡的研究，迄今只限于一兩種兩親分子。

脂質(zhì)雙層膜可以由大量?jī)捎H分子排列組合而成。其中最好的會(huì)有利于構(gòu)成一個(gè)正反饋循環(huán)，分別反映著一個(gè)膜位置和一個(gè)被困在囊泡中的特定化合物。這種位置-化合物對(duì)可以傳遞給子囊泡，導(dǎo)致囊泡出現(xiàn)不同品系，這將使自然選擇成為可能。

原初生命體應(yīng)當(dāng)是自組織的球形脂質(zhì)集合體，是生命起源的墊腳石。經(jīng)典不可逆熱力學(xué)理論在耗散系統(tǒng)的框架內(nèi)，以廣義的化學(xué)勢(shì)處理自組裝問(wèn)題。

進(jìn)化中的一個(gè)核心問(wèn)題是，簡(jiǎn)單的原生細(xì)胞最初究竟是如何出現(xiàn)的，還要在對(duì)下一代的繁殖貢獻(xiàn)上有所差別，這樣才能推動(dòng)生命的進(jìn)化。 截至2014年，功能性的原細(xì)胞尚未在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中實(shí)現(xiàn)。自組裝囊泡是原初生命體的重要組成部分。熱力學(xué)第二定律要求宇宙朝著熵增加的方向發(fā)展，但生命的特點(diǎn)是具有很大的組織度。因此，必須有一個(gè)邊界隔開(kāi)生命過(guò)程與無(wú)生命環(huán)境。伊蕾娜·陳（Irene Chen）和杰克·紹斯塔克認(rèn)為，基本的原生細(xì)胞可以產(chǎn)生細(xì)胞行為，包括原始形式的有差異繁殖、競(jìng)爭(zhēng)和能量?jī)?chǔ)存。對(duì)膜分子的競(jìng)爭(zhēng)將有利于穩(wěn)定的膜的產(chǎn)生，這表明交聯(lián)脂肪酸甚至今日的磷脂，在進(jìn)化中具有選擇優(yōu)勢(shì)。這種微囊化將允許膜內(nèi)進(jìn)行新陳代謝和小分子的交換，同時(shí)將大的生物分子留在里面。細(xì)胞需要這種膜來(lái)創(chuàng)造自己的電化學(xué)梯度，以通過(guò)泵送離子過(guò)膜來(lái)儲(chǔ)存能量。

生成生物

能量和熵

當(dāng)分子組織成生命物質(zhì)時(shí)，生命需要排除熵。生命的出現(xiàn)和增加并不與熱力學(xué)第二定律相矛盾，因?yàn)樯w在某些地方（如其體內(nèi)）創(chuàng)造秩序，會(huì)以其他地方的熵增（如熱量和廢物的產(chǎn)生）為代價(jià)。

早期地球上有許多能量來(lái)源可用于化學(xué)反應(yīng)。比如來(lái)自地?zé)徇^(guò)程的熱量，便是化學(xué)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)能源。其他例子包括陽(yáng)光、閃電、微隕石進(jìn)入大氣、海洋和海浪中氣泡的內(nèi)爆等。這已被實(shí)驗(yàn)和模擬所證實(shí)。不利的反應(yīng)可以由高度有利的反應(yīng)驅(qū)動(dòng)，如鐵-硫反應(yīng)。這可能大大促進(jìn)了固碳。（反應(yīng)是： FeS + H2S → FeS2 + 2H+ + 2e? FeS + H2S + CO2 → FeS2 + HCOOH）通過(guò)鐵-硫反應(yīng)，可以使CO2與H2S實(shí)現(xiàn)固碳，這在中性pH值和100°C的環(huán)境下尤為有利。熱液噴口付金豐富的鐵硫表面，可以推動(dòng)少量氨基酸和其他生物大分子的生產(chǎn)。

化學(xué)滲透

1961年，彼得·米切爾提出，化學(xué)滲透作用是細(xì)胞的主要能量轉(zhuǎn)換機(jī)制。這種機(jī)制現(xiàn)在在活細(xì)胞中無(wú)處不在，它為微生物和真核生物的線粒體中的能量轉(zhuǎn)換提供動(dòng)力，使其成為早期生命的可能候選。線粒體可以產(chǎn)生三磷酸腺苷（ATP），是細(xì)胞的能量貨幣，可用于驅(qū)動(dòng)化學(xué)合成等細(xì)胞過(guò)程。ATP合成機(jī)制涉及一個(gè)封閉的膜，其上鑲嵌著ATP合酶，而釋放強(qiáng)結(jié)合ATP所需的能量來(lái)自跨膜運(yùn)動(dòng)的質(zhì)子。在現(xiàn)代細(xì)胞中，跨膜的離子泵負(fù)責(zé)產(chǎn)生質(zhì)子運(yùn)動(dòng)、維持電化學(xué)梯度。在第一個(gè)生物體中，這種梯度可能來(lái)自熱液噴口的水流和周圍的海水之間的化學(xué)成分差異，在陸地上，隕石醌有利于發(fā)展跨脂質(zhì)膜的化合能。

RNA世界

主條目：RNA世界學(xué)說(shuō)

RNA世界學(xué)說(shuō)認(rèn)為，早期地球上有自我復(fù)制和催化的RNA，但沒(méi)有DNA或蛋白質(zhì)。許多研究者一致認(rèn)為，在現(xiàn)在占主導(dǎo)地位的DNA生命之前，一定存在過(guò)一個(gè)RNA世界。然而，基于RNA的生命可能也不是最早存在的生命體形式。另一個(gè)模型與達(dá)爾文的“溫暖的小池塘”相對(duì)，有干濕循環(huán)。

RNA是翻譯過(guò)程的核心。小RNA可以催化生命所需的大量化學(xué)反應(yīng)，可以加速信息傳遞。RNA在現(xiàn)代生物體中既能表達(dá)又能儲(chǔ)存遺傳信息；而且在接近早期地球的條件下，RNA很容易合成，這些與今天的條件大不相同。核酶的結(jié)構(gòu)可視作“吸煙槍”，它有一個(gè)RNA的中心核心，在催化肽鍵形成的活性位點(diǎn)的18埃內(nèi)沒(méi)有氨基酸側(cè)鏈。

RNA世界的概念由亞歷山大·里奇在1962年提出，沃特·吉爾伯特在1986年為其命了名。最初，在解釋胞嘧啶和尿嘧啶的非生物合成方面存在困難，后來(lái)的研究顯示了可能的合成途徑，例如甲酰胺在各種陸地礦物存在的情況下，加溫后會(huì)產(chǎn)生所有4種核糖核苷酸和其他生物分子。

RNA復(fù)制酶既可以是儲(chǔ)存遺傳信息的編碼，也可以是進(jìn)一步進(jìn)行RNA復(fù)制的催化劑，也就是說(shuō)它可以實(shí)現(xiàn)自催化反應(yīng)。杰克·紹斯塔克指出，某些催化性RNA可以將較短的RNA序列連接在一起，這就有了自我復(fù)制的可能。RNA復(fù)制系統(tǒng)包括兩個(gè)相互催化的核糖酶，產(chǎn)物倍增時(shí)間約為1小時(shí)，且在實(shí)驗(yàn)條件下可進(jìn)行自然選擇。如果早期地球上存在這樣的條件，那么便有利于這種自催化組（autocatalytic set）的繁衍，在自然選擇下，便可以增加更多的功能。RNA的自組裝可能自發(fā)發(fā)生于熱液噴口附近。tRNA的初始形式可能已經(jīng)組裝成這樣一個(gè)可復(fù)制分子。

蛋白質(zhì)合成的可能前體包括短肽輔因子的合成或RNA的自催化復(fù)制。原始核糖體很可能只由RNA組成，盡管有些作用后來(lái)改由蛋白質(zhì)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)話題剩下的主要問(wèn)題，包括確定核糖體進(jìn)化的選擇力量，和確定遺傳密碼是如何產(chǎn)生的。

尤金·庫(kù)寧認(rèn)為：“對(duì)于復(fù)制與翻譯的起源，目前還沒(méi)有令人信服的假說(shuō)。這些關(guān)鍵過(guò)程共同構(gòu)成了生命系統(tǒng)的核心和進(jìn)化的前提。RNA世界假說(shuō)可能為其解決提供了最好的機(jī)會(huì)，但迄今為止，還不能確切確定高效RNA復(fù)制酶或翻譯系統(tǒng)的出現(xiàn)?！?/p>

系統(tǒng)發(fā)育與LUCA

更多信息：最后共同祖先

自1977年卡爾·烏斯的研究開(kāi)始，基因組學(xué)研究將所有現(xiàn)代生命的最后共同祖先（LUCA）置于細(xì)菌一支和古菌及真核生物組成的一支這樣兩支之間。其年代距今超過(guò)40億年。少數(shù)研究將LUCA置于細(xì)菌中，認(rèn)為古菌和真核生物在進(jìn)化上來(lái)自真細(xì)菌內(nèi)；湯瑪斯·卡弗利爾-史密斯認(rèn)為，LUCA可能屬于表型多樣的綠彎菌門。

2016年，確認(rèn)了可能存在于LUCA中的355個(gè)基因。一共測(cè)序了來(lái)自細(xì)菌和古菌的610萬(wàn)組原核生物基因，從286,514個(gè)蛋白簇中確定了355個(gè)可能存在于LUCA的蛋白簇。研究結(jié)果表明LUCA是嗜熱厭氧生物，具有伍德－隆達(dá)爾代謝途徑，可以固氮、固碳。其輔因子表明LUCA以來(lái)富含氫氣、二氧化碳、鐵和過(guò)渡金屬的環(huán)境。其遺傳物質(zhì)可能是DNA，需要由4種核苷酸組成的遺傳密碼、信使RNA、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA和核糖體以將遺傳信息翻譯為酶等蛋白質(zhì)。LUCA可能生活在無(wú)氧的海底熱泉附近，地球化學(xué)活動(dòng)活躍。顯然LUCA是一個(gè)復(fù)雜的生物體，且一定有前身，不是第一個(gè)生物。LUCA的生理機(jī)能則有很大爭(zhēng)議。

萊斯利·奧格爾（Leslie Orgel）認(rèn)為，早期的翻譯系統(tǒng)很容易受到差錯(cuò)成災(zāi)（error catastrophe）的影響。然而Geoffrey Hoffmann提出，這種系統(tǒng)在功能上是穩(wěn)定的，足以對(duì)抗“奧格爾悖論”。

適宜的地質(zhì)環(huán)境

深海熱液噴口

更多信息：海底熱泉

早期的微生物化石可能來(lái)自一個(gè)充滿了甲烷、氨、二氧化碳和硫化氫的炎熱世界，對(duì)目前的大多數(shù)生命來(lái)說(shuō)都有毒。對(duì)系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)的分析將嗜熱和超嗜熱細(xì)菌及古菌置于最接近樹(shù)根的地方，表明生命可能在炎熱的環(huán)境中開(kāi)始進(jìn)化。深?；驂A性海底熱泉理論認(rèn)為，生命起源于海底熱液噴口。馬丁和拉塞爾認(rèn)為：“生命的進(jìn)化始于滲漏點(diǎn)熱液丘中的帶紋理一硫化鐵沉淀物，位于富含硫化物的熱液，與富含亞鐵的冥古宙深海之間，氧化還原、pH和溫度均存在梯度變化。在滲漏點(diǎn)金屬硫化物沉淀化石中，觀察到了自然產(chǎn)生的立體隔層，這些無(wú)機(jī)隔層是獨(dú)立生存的原核生物中發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞壁、膜的前體。已知FeS和NiS有能力催化一氧化碳和甲基硫化物（熱液的成分）的反應(yīng)，生成乙酰-甲基硫化物，這表明，前生物合成過(guò)程主要發(fā)生在這些金屬硫化物小室的內(nèi)表面?！?/p>

它們形成于富氫液體從海底涌出的地方，是超鎂鐵質(zhì)橄欖石發(fā)生蛇紋巖化，以及與富含二氧化碳的海水維持pH界面的結(jié)果。海底熱泉噴口可通過(guò)氧化還原反應(yīng)源源不斷地產(chǎn)生化學(xué)能，其中電子供體為分子氫，電子受體為二氧化碳；詳見(jiàn)鐵硫世界學(xué)說(shuō)。它們都是放熱反應(yīng)。（反應(yīng)為： 反應(yīng)1： 3Fe2SiO4 + 2H2O → 2Fe3O4 + 3SiO2 + 2H2 反應(yīng)2： 3Mg2SiO4 + SiO2 + 4H2O → 2Mg3Si2O5(OH)4 反應(yīng)3： 2Mg2SiO4 + 3H2O → Mg3Si2O5(OH)4 + Mg(OH)2 反應(yīng)3描述了橄欖石與水的水合作用，只產(chǎn)生蛇紋石和Mg(OH)2（水鎂石）。蛇紋石在高pH值下是穩(wěn)定的，在水合硅酸鈣相的存在下，于硬化的波特蘭水泥漿中，待斜硅灰石（Ca2SiO4）水化后與羥鈣石（Ca(OH)2）一起形成，斜硅灰石是人造的鎂橄欖石換為鈣的等同物。 反應(yīng)3與普通波特蘭水泥中斜硅灰石水化的對(duì)比：斜硅灰石+水→ 水合硅酸鈣相+羥鈣石 2 Ca2SiO4 + 4 H2O → 3 CaO · 2 SiO2 · 3 H2O + Ca(OH)2）

拉塞爾證明，堿性噴口創(chuàng)造了一個(gè)非生物源的質(zhì)子動(dòng)力化學(xué)滲透梯度，是非生物源的理想選擇。其上的微觀小室“提供了集中有機(jī)分子的自然手段”，主要由鐵、硫組成，如四方硫鐵礦，這使得這些礦物小室產(chǎn)生了根特·瓦赫特紹澤設(shè)想的催化特性。離子的這種跨膜運(yùn)動(dòng)取決于兩個(gè)因素：

1. 由濃度梯度引起的擴(kuò)散力—包括離子在內(nèi)的所有顆粒都傾向于從高濃度向低濃度擴(kuò)散。

2. 電位梯度引發(fā)的靜電力—質(zhì)子H+等陽(yáng)離子傾向于順著電勢(shì)降低的方向擴(kuò)散，陰離子方向則相反。

這兩個(gè)梯度合起來(lái)可以表示為電化學(xué)梯度，可為非生物合成提供能量。質(zhì)子動(dòng)力可以視作是質(zhì)子和跨膜電壓梯度的差異（質(zhì)子濃度與電動(dòng)勢(shì)差異）的組合所儲(chǔ)存勢(shì)能的量度。

深海熱液噴口內(nèi)的礦物顆粒表面具有類似于酶的催化特性。若有外加電壓驅(qū)動(dòng)，或與H2或H2S反應(yīng)，可以從水中溶解的二氧化碳生成簡(jiǎn)單的有機(jī)分子，如甲醇（CH3OH）、甲酸、乙酸和丙酮酸。

馬丁在2016年報(bào)告的研究支持生命產(chǎn)生于熱液噴口的觀點(diǎn)，地殼中，由巖水相互作用，在不平衡熱動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下的自發(fā)化學(xué)作用支撐了生命的起源，古菌和細(xì)菌源于依賴H2的自養(yǎng)生物，能量代謝最終產(chǎn)物為二氧化碳。馬丁認(rèn)為，根據(jù)這一整局，LUCA“可能在很大程度上依賴噴口的地?zé)崮芏妗薄Ｓ腥苏J(rèn)為，那時(shí)深海熱液噴口已沒(méi)有孔隙，而被可促進(jìn)生化反應(yīng)的膜狀隔間填滿。

溫泉

阿爾緬·穆?tīng)柣聛喣岚玻∕ulkidjanian）和合著者認(rèn)為，海洋環(huán)境不能提供細(xì)胞中普遍存在的離子平衡和組成，也沒(méi)有提供基本蛋白質(zhì)和核酶所需的離子，特別是在高K+/Na+比率、Mn2+、Zn2+和磷酸鹽濃度方面。他們認(rèn)為，地球上唯一接近所需條件的環(huán)境，可能是堪察加半島上的溫泉。在缺氧環(huán)境下，這些環(huán)境中的礦石表面會(huì)有適中的pH值（而在目前的富氧大氣中的礦藏則沒(méi)有），含有的光催化硫化物沉淀物可以吸收有害的紫外線，有干濕循環(huán)，可以將基質(zhì)溶液濃縮到適合自發(fā)形成聚合物的濃度。熱液環(huán)境中的化學(xué)反應(yīng)，以及從噴口到相鄰的水池過(guò)程中暴露于紫外線下，都會(huì)促進(jìn)生物大分子的形成。這樣推擬出來(lái)的前生物環(huán)境與熱液噴口相似但不同，這有助于解釋LUCA的特殊性。

對(duì)具有久遠(yuǎn)歷史的蛋白質(zhì)進(jìn)行的系統(tǒng)發(fā)育和地球化學(xué)分析表明，其細(xì)胞內(nèi)液的離子成分與溫泉里的相同。LUCA很可能通過(guò)攝取環(huán)境合成的有機(jī)物謀生。實(shí)驗(yàn)表明，在多次干濕循環(huán)和紫外線輻射下，可以形成類似RNA的聚合物，并在凝結(jié)后被裹在囊泡中。由于離子溶質(zhì)的濃度很高，鹽水條件下不會(huì)發(fā)生這種情況。溫泉中生物大分子的一個(gè)可能來(lái)源是行星際塵埃粒子、地外彈射或大氣/地球化學(xué)合成物運(yùn)輸。冥古宙的火山地塊可能有大量溫泉。

黏土

黏土假說(shuō)是由格雷厄姆·凱恩斯-史密斯（Graham Cairns-Smith）于1982年提出的。他推測(cè)，無(wú)機(jī)、可自我復(fù)制的硅酸鹽晶體表面在與水溶液接觸的過(guò)程中，逐漸產(chǎn)生了復(fù)雜有機(jī)分子。黏土礦物蒙脫石已被證明可以催化核苷酸單體在水溶液中聚合為RNA的反應(yīng)，并催化脂質(zhì)形成膜。1998年，海曼·哈特曼（Hyman Hartman）提出：“第一個(gè)生命體是可自我復(fù)制的富鐵黏土，捕獲二氧化碳并合成草酸和其他二羧酸。這種可復(fù)制的黏土系統(tǒng)及其代謝表型，隨后進(jìn)化到溫泉中的富硫區(qū)域，于是獲得了固氮的能力。最終，磷酸鹽被納入不斷進(jìn)化的系統(tǒng)中，使得核苷酸和磷脂的合成成為可能。”

鐵硫世界

主條目：鐵硫世界學(xué)說(shuō)

1980年代，根特·瓦赫特紹澤和卡爾·波普爾提出了鐵硫世界學(xué)說(shuō)，用以解釋前生物化學(xué)途徑的進(jìn)化。它將今日的生物化學(xué)追溯到從氣體中合成有機(jī)構(gòu)件的原始反應(yīng)。瓦赫特紹澤系統(tǒng)有一個(gè)取之不盡的能量來(lái)源前提：鐵硫化物，如黃鐵礦。氧化這些金屬硫化物所釋放的能量可以支持有機(jī)分子的合成。這樣的系統(tǒng)可能演變?yōu)樽源呋M，構(gòu)成了自我復(fù)制、代謝活躍的實(shí)體，早于現(xiàn)代生命形式的出現(xiàn)。在100°C的水環(huán)境中用硫化物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生了少量二肽（0.4-12.4%）和少量三肽（0.10%）。但在同樣的條件下，二肽分解得很快。

有些模型專門試圖推測(cè)原始的新陳代謝，RNA復(fù)制的順序就要往后放。三羧酸循環(huán)的核心地位無(wú)論是在有氧生物的能量生產(chǎn)中，還是在復(fù)雜有機(jī)物的生物合成中吸收二氧化碳和氫離子方面都無(wú)可動(dòng)搖，表明它是新陳代謝中最早出現(xiàn)的部分之一。同時(shí)，地球化學(xué)家杰克·紹斯塔克和凱特·阿達(dá)瑪拉（Kate Adamala）證明，只有在檸檬酸等弱陽(yáng)離子螯合劑存在時(shí)，原始原生細(xì)胞才有可能進(jìn)行非酶性RNA復(fù)制。這為檸檬酸在原始代謝中的核心作用提供了進(jìn)一步的證據(jù)。拉塞爾認(rèn)為“生命的目的是使二氧化碳?xì)浠保ㄗ鳛椤按x在先”而非“繁殖在先”的假說(shuō)的一部分）。物理學(xué)家杰里米·英格蘭從一般的熱力學(xué)視角出發(fā)，認(rèn)為生命的產(chǎn)生不可避免。這種想法來(lái)自?shī)W巴林于1924年提出的可自我復(fù)制的囊泡。1980與1990年代，先后出現(xiàn)了瓦赫特紹澤的鐵硫世界假說(shuō)和克里斯蒂安·德·迪夫的硫酯模型。無(wú)需基因的代謝等更抽象的理論論證，包括弗里曼·戴森的數(shù)學(xué)模型，和斯圖亞特·考夫曼在1980年代提出的自催化集團(tuán)，后者忽視了能量在驅(qū)動(dòng)細(xì)胞內(nèi)生化反應(yīng)中的作用。

三羧酸循環(huán)這樣的多步生化途徑不會(huì)是在礦物表面自發(fā)形成的，之前一定有更簡(jiǎn)單的途徑。伍德－隆達(dá)爾代謝途徑與金屬硫化物表面的自組織相匹配。它的關(guān)鍵酶單元一氧化碳脫氫酶/乙酰輔酶A合成酶在反應(yīng)中心含有混合的鎳-鐵-硫簇，可以催化乙酰輔酶A的合成。然而，在假設(shè)的熱液噴口的前生物條件下，前生物的硫醇、硫酯化合物不太可能在熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的視角下積累。一種可能性是，半胱氨酸和高半胱氨酸可能與來(lái)自斯特雷克反應(yīng)的腈類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成富含硫醇的可催化多肽。

鋅世界

阿爾緬的鋅世界假說(shuō)擴(kuò)展了瓦赫特紹澤的黃鐵礦假說(shuō)。鋅世界假說(shuō)認(rèn)為，富含H2S的熱液與寒冷的原始海洋（或達(dá)爾文所謂“溫暖的小池塘”）里的水相互作用，使得金屬硫化物顆粒沉淀。海洋熱液系統(tǒng)存在地帶性結(jié)構(gòu)，反映在古代火成塊狀硫化物礦床中，它們的直徑可達(dá)許多公里，多誕生于太古宙。最常見(jiàn)的是黃鐵礦（FeS2）、黃銅礦（CuFeS2）和閃鋅礦（ZnS），還有少量方鉛礦（PbS）和硫錳礦（MnS）。ZnS與MnS具有儲(chǔ)存輻射能量的獨(dú)特能力，例如來(lái)自紫外線的輻射。自我復(fù)制分子起源時(shí)，原始大氣壓高到足以在地表附近析出（>100巴），紫外線也比現(xiàn)在強(qiáng)10到100倍；因此，以ZnS為中介的光合特性，為信息和代謝分子的合成，以及耐光核堿基的選擇提供了合適的能量條件。

鋅世界假說(shuō)可在第一批原生細(xì)胞內(nèi)的離子構(gòu)成找到證據(jù)。1926年，加拿大生物化學(xué)家Archibald Macallum注意到血、淋巴等體液的成分與海水相似；然而，所有細(xì)胞的無(wú)機(jī)成分都與現(xiàn)代海水的無(wú)機(jī)成分不同，這使得阿爾緬及同事結(jié)合地球化學(xué)分析和現(xiàn)代細(xì)胞無(wú)機(jī)離子需求的系統(tǒng)基因組學(xué)審查，重建了第一批細(xì)胞的“孵化室”。作者的結(jié)論是，無(wú)處不在的、基本的蛋白質(zhì)和功能系統(tǒng)普遍顯示出對(duì)K+、Zn2+、Mn2+和[PO4]3?的需求。地球化學(xué)構(gòu)擬表明，這種離子組成不可能存在于海洋中，但契合內(nèi)陸地?zé)嵯到y(tǒng)。在以二氧化碳為主的原始大氣下，地溫梯度場(chǎng)附近的水凝結(jié)物的化學(xué)成分與現(xiàn)代細(xì)胞的內(nèi)部環(huán)境相似。因此，細(xì)胞前的進(jìn)化可能發(fā)生在較淺的“達(dá)爾文池”中，池內(nèi)有多孔硅酸鹽礦物與金屬硫化物，并富含K+、Zn2+和磷化合物。

同手性

生物使用具有相同手性的分子。氨基酸均為左手性，核苷酸和糖類均為右手性，幾乎沒(méi)有例外。手性分子可以從非生物途徑獲得，但在沒(méi)有手性源或手性催化劑的情況下，它們兩種形式會(huì)各占一半（外消旋）。已知的從外消旋底物產(chǎn)生非外消旋混合物的機(jī)制包括：不對(duì)稱的物理規(guī)律，如電弱交互作用；不對(duì)稱的環(huán)境，如圓偏振光、石英晶體或受地球自轉(zhuǎn)影響顯著的環(huán)境；外消旋合成過(guò)程中的統(tǒng)計(jì)漲落和自發(fā)對(duì)稱破缺。一旦建立起來(lái)，手性就會(huì)被選擇出來(lái)。群體中的小偏向（對(duì)映體過(guò)剩）可以通過(guò)不對(duì)稱自催化放大，例如硤合反應(yīng)。在不對(duì)稱自催化中，催化劑是手性分子，意味著一個(gè)手性分子正在催化自身的復(fù)制。最初的對(duì)映體過(guò)剩可能由偏振光產(chǎn)生，之后更豐富的對(duì)映體便會(huì)開(kāi)始與另一個(gè)對(duì)映體發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)。同手性可能始于外太空，因?yàn)樵谀嫔E石上，L丙氨酸的含量是其D型的兩倍多，而L谷氨酸是其D型的三倍多。來(lái)自隕石的氨基酸顯示出偏向左手的手性，而糖類則偏右手，這與在地求生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的一樣，表明這些化合物可能起源自外太空。