生命起源

自然发生论,或者说生命起源[1][2][3][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[4][2][5][6]

此錶盤展示地質學時間及地球歷史事件。冥古宙40.78億前年部分為無生命時期,其餘部分體現了生命之演進。最後二百萬年的第四紀為人類時間,在圖中太短而看不到。

生命的定義编辑

早期宇宙和地球编辑

具有第一顆恆星的早期宇宙编辑

地球的出現编辑

生命的最早證據:古生物學编辑

生物學、非生物發生的產物编辑

生化生命過程编辑

發酵编辑

化學滲透编辑

三磷酸腺苷合酶编辑

RNA世界學說编辑

種系發生學和最後共同祖先编辑

直到1960年代的概念歷史编辑

生物分子的原始起源:化學编辑

觀察到的地外有機分子编辑

氨基酸编辑

多環芳烴世界假說编辑

核鹼基编辑

糖乙醇醛编辑

多磷酸鹽编辑

實驗室合成编辑

狐類蛋白编辑

醣類编辑

核鹼基编辑

水的冰點附近溫度的影響编辑

在米勒-尤里實驗中使用還原性較低的氣體编辑

基於氰化氫的合成编辑

實驗室合成過程中的問題编辑

自催化反應编辑

相關地質環境编辑

達爾文的小池塘编辑

火山溫泉和熱液噴口,淺或深编辑

深海熱液噴口编辑

火山島或原大陸上波動的熱液池编辑

海洋中的火山灰编辑

黃金深熱的生物圈编辑

放射性海灘假說编辑

熱力學、自組織和信息:物理學编辑

熱力學原理:能量和熵编辑

獲得自由能编辑

自組織编辑

耗散結構编辑

耗散結構的自組織编辑

封裝:形態编辑

無膜封裝编辑

無膜聚酯液滴编辑

類蛋白微球编辑

原初生命體编辑

淡水中脂質囊泡的形成编辑

由RNA樣生化物質混合物組成的囊泡编辑

金屬硫化物沉澱编辑

新陳代謝的起源:生理學编辑

粘土假說编辑

鐵硫世界编辑

鋅世界假說编辑

其他非生物發生場景编辑

計算機描述的化學途徑编辑

超循環编辑

蛋白澱粉樣蛋白编辑

波動的鹽度:稀釋和乾燥编辑

第一種在熱循環過程中凝聚底物的蛋白質:熱合成编辑

前RNA世界:核糖問題及其繞過编辑

病毒來源编辑

RNA-DNA世界编辑

關鍵的問題编辑

蛋白質與核酸作為蛋白質合成的前體编辑

遺傳密碼的出現编辑

翻譯災難中的錯誤编辑

同質對掌性编辑

實驗编辑

生物學的解釋编辑

最早生命形式诞生编辑

 
位在美國冰川國家公園的前寒武紀疊層石(stromatolite),可能是已知最早的生命化石紀錄。

地球誕生時(後期重轟炸期後)的面貌和現在有巨大不同,包圍在地球外表的水汽雖已凝結成液態性的水-海洋,但溫度還是很高,那時具有活動力的火山遍布地表,不時噴出火山灰岩漿大氣很稀薄,一氧化碳等各種氣體於空中形成一朵朵的捲雲氧氣很少,因無充足的大氣層掩蔽,整個地球曝露在強烈的紫外線之下,與海洋的物質作用。此時雲端的電離子不斷引起風暴,而交加的雷電不時侵襲陸地。

遗传物质出现编辑

在海洋中幾百萬年過去,這些物質越聚越多分子間互相影響,而形成更複雜的混合物,在這其間來自外太空的隕石也可能帶來一些元素參與變化[7]RNA在生命最初的进化中扮演了一个重要角色。RNA比DNA的结构更加简单,而且是一种更加有效的化学催化剂,因此这就意味着RNA构成的生命比DNA生命更容易出现。DNA有兩項特質:乙聚化和物。第一,它能通过转录产生mRNA,而mRNA则能够翻译出蛋白质;第二,它能自行複製。DNA這兩項特質也是細菌類的有機生物的基本特質,而細菌是生命界最簡單的生命體,也是目前我們可以找到最古老的化石

DNA的複製本領來自其特殊的構造,DNA為雙股螺旋,細胞的遺傳訊息都在上面。然而DNA在複製過程中也會出錯,或是分子群的一小部分出錯,如此複製工作就不盡完美,製造出來的蛋白質也可能完全不同。但也就是如此演化便開始產生,一旦生命有了不同的型態,自然才能實施淘汰和選擇的法則,生物才能一步步的演化下去。我們從化石中得知三十億年前那些類似細菌的有機物之間,已有顯著的不同。

時間比喻编辑

生命的演化並不容易,若把地球誕生至今的這段日子當成一年,雖然三月可能已經有微生物,但要到十一月的第三個星期最簡單的魚類才出現。而早期人類在除夕左右出現,但文明人類的時間只有佔據最後一分鐘。

主要争议编辑

原始大气成分编辑

上述描述论及原始大气时,提到是一个缺氧的环境,此时地球没有臭氧层的保护。在强烈的紫外线照射下,DNA、RNA及蛋白质难以存在。假如有氧气存在,其強烈的氧化能力也会破坏蛋白质等有機分子。所以在海中才有機會生成生命的複雜物質。

蛋白质和遗传物质的矛盾关系编辑

上述解释在产生DNA/RNA遗传物质的时候只是一笔带过。然而分子生物学研究发现,蛋白质和遗传物质存在严重的依赖关系。没有蛋白质的参与无法完成DNA/RNA的复制和组合,没有DNA/RNA携带的信息,蛋白质也就无从产生。這讓科學家陷入了「先有雞還是先有蛋」的螺旋。 《新不列颠百科全书[8]說:「惟獨這兩種分子共同發揮作用,生物才可能在地上生存。」可是這套百科全書指出,這兩種分子怎麼會彼此緊密合作,「在生命起源方面」仍然「是個關鍵性的啞謎」。而目前解釋此一矛盾的理論,較為人所知的是「RNA世界學說」,透過具備兩種特性的RNA可以構成簡單的生命形式,才進一步延伸。

注釋编辑

  1. ^ 有時稱為生物创建 (Bernal, 1960, p. 30)

参考文献编辑

  1. ^ Oparin, Aleksandr Ivanovich. The Origin of Life. Phoenix Edition Series. 由Morgulis, Sergius翻译 2. Mineola, New York: Courier Corporation. 19382003 [2018-06-16]. ISBN 978-0486495224. (原始内容存档于2014-09-20). 
  2. ^ 2.0 2.1 Peretó, Juli. Controversies on the origin of life (PDF). International Microbiology. 2005, 8 (1): 23–31 [2015-06-01]. PMID 15906258. (原始内容 (PDF)存档于24 August 2015). Ever since the historical contributions by Aleksandr I. Oparin, in the 1920s, the intellectual challenge of the origin of life enigma has unfolded based on the assumption that life originated on Earth through physicochemical processes that can be supposed, comprehended, and simulated; that is, there were neither miracles nor spontaneous generations. 
  3. ^ Compare: Scharf, Caleb; et al. A Strategy for Origins of Life Research. Astrobiology. 18 December 2015, 15 (12): 1031–1042. Bibcode:2015AsBio..15.1031S. PMC 4683543 . PMID 26684503. doi:10.1089/ast.2015.1113. What do we mean by the origins of life (OoL)? [...] Since the early 20th century the phrase OoL has been used to refer to the events that occurred during the transition from non-living to living systems on Earth, i.e., the origin of terrestrial biology (Oparin, 1924; Haldane, 1929). The term has largely replaced earlier concepts such as abiogenesis (Kamminga, 1980; Fry, 2000). 
  4. ^ Oparin 1953,第vi頁
  5. ^ Warmflash, David; Warmflash, Benjamin. Did Life Come from Another World?. Scientific American. November 2005, 293 (5): 64–71. Bibcode:2005SciAm.293e..64W. PMID 16318028. doi:10.1038/scientificamerican1105-64. According to the conventional hypothesis, the earliest living cells emerged as a result of chemical evolution on our planet billions of years ago in a process called abiogenesis. 
  6. ^ Yarus 2010,第47頁
  7. ^ NASA Researchers Make First Discovery of Life’s Building Block in Comet页面存档备份,存于互联网档案馆星塵號採集維爾特二號彗星塵埃樣本,發現了甘氨酸
  8. ^ 参考:“The New Encyclopædia Britannica”,英文版

參見编辑

外部链接编辑