地球生命是如何起源的？它是开始于基因，还是开始于细胞？

原创 怪罗科普

无论是动物，还是植物，还是更小的细菌，地球上目前已知所有生物都使用着相同的遗传密码，这意味着当前所有生命起源于一个共同的祖先。

这个最后的普遍共同祖先被称为LUCA，其实病毒也使用着与我们相同遗传密码，但是现在并不认为病毒也来自LUCA，病毒的起源目前尚不清楚。

LUCA并不是地球第一个生命，在LUCA的时代可能有多种生物体，但它们和它们的后代都已经灭绝了，现在地球只有LUCA一脉相承。

那么有趣的问题就是，LUCA是怎么来的，或者更直接的问题，地球的生命到底是如何起源的呢？

还有最早的生命到底是从遗传物质开始的，还是从细胞开始，最后通过演化才得到遗传物质的呢，还是说有其它的过程？

其实，这些问题现在都没有明确答案，甚至可能永远都不会有答案，但无论是过去，还是现在，许多最优秀的学者都在试图用最新的方法和证据给出让人信服的答案。

目前主流的有三种假说，分别是有机化学的原始汤假说、分子生物学的RNA世界假说，以及关于无机化学的代谢和瞬态金属离子假说。

原始汤假说应该是最早关于生命起源较有说服力的一个假说，因为它真的通过实验证实，而非思想实验。

1952年的时候，斯坦利·米勒和哈罗德·尤里进行了这项著名的实验——米勒-尤里实验，这项实验模拟了早期地球的环境。

他们在密封无菌的玻璃瓶中放入水，然后加入了当时认为的早期地球应有的大气成分，同时还制造了早期地球的高温和雷电的条件。

在实验结束后，他们在这些完全由无机物组成的材料中发现了五种氨基酸——其中三种确定，以及两种不太确定。

米勒和尤里，图源：Hanna Holborn Gray

在2007年米勒去世的时候，人们又将最初实验的密封样本进行了重新检测，最终发现了20多种氨基酸，超过了自然界生物遗传密码中可以找到的 20 种氨基酸。

这个实验应该是最常见的解释生命起源的实验，但其实现在的研究早已表明早期地球的大气成分并不是米勒时期认为的甲烷 (CH 4 )、氨 (NH 3 ) 和氢气 (H 2）。

不管怎么样，米勒-尤里实验能够证明早期提地球的条件确实有助于化学反应的发生，而在他们之前，其实有人已经提出了相似的理论，被称为液滴理论。

液滴理论相信生命最先形成的是细胞，因为早期的化学反应的产物更有助于细胞的形成，然后细胞演化出酶，最后得到基因。

图：之所以认为是RNA先出现，而不是DNA，其中一个原因是RNA有执行酶的能力

与之完全相反的是RNA世界假说，这个假说是由德国科学家曼弗雷德·艾根（Manfred Eigen）所提出，他认为生物最早起源于RNA，然后是酶，最后是细胞。

无论是RNA世界，还是原始汤，两者都认为生命应该起源于海洋，而另外一个流行的假说，则认为生命实际上起源于温暖粘稠的粘土矿物中，这可以发生在海洋，也可以不是。

粘土矿晶体，有助于有机物和金属离子的收集，图源参考1

该理论认为，一些黏土矿可以充当细胞的角色，它将有机分子和无机的金属阳离子吸附在上面，代谢在上面发生，最终演化出更复杂的生命。

你可能还想知道，地球的生命又是何时出现的呢？

其实，这个问题的答案和生命起源的答案是一样的，也没人知道，同样也很可能也永远不会有人知道。

不过大部分科学家都认为生命很可能形成于地球液态水出现的时候。

由于地球刚形成之初，它非常的炎热，表面温度可能都超过1000摄氏度，地球经历了漫长的降温过程，只有温度降到足够低的时候，液态水才足以存在。

现在的一些研究表明，地球最早的液态水可能是在43.5亿年前出现的，而最早的生命很可能就在这个时间诞生。

但实际上，这个时期的地球依然非常不稳定，它自身很不稳定，超级火山和地震非常频繁的爆发；太阳系也不是很稳定，在此之后太阳系的行星还经历了一次被称为“后期重轰炸期”的小行星袭击，所有行星都没能幸免。

如果这个时间段即便出现了生命，它们可能也无法在这种不稳定的环境中生存下来，而即便它们完全的存活下来，我们也将永远找不到它们存在的信息，因为地球的地质活动至今都十分活跃。

关于后期重轰炸期，科学家最早是在月球表面的陨石坑发现相关证据的，因为大部分月球表面的陨石坑都发生的时间基本都是41亿到38亿年前，后面科学家在水星、火星等行星上也发现了相应时间段的重轰证据。

图：后期重轰炸期地球可能出现的陨石坑

在后期重轰炸期中，地球可能至少会留下5个以上直径大于5000公里的撞击陨石坑，40个以上直径大于1000公里的，以及22000个以上直径大于20公里的。

但由于地球活跃的地质活动，这些都已经很难再找到证据了。

地球生命的痕迹也一样，那些携带着生命生活过痕迹的岩石一次次被循环到地球内部，在高温高压下，任何信息都被注销了。

锆石晶体，了解早期地球和太阳系的重要材料，图源：Rob Lavinsky

锆石晶体是为数不多能够在高温高压下幸存下来的材料，实际上它是人们了解过去地球的重要手段，人们也试图在锆石晶体发现生命的痕迹。

但是截止目前，除了发现了40亿年前的锆石晶体上可能是生物过程产生的碳同位素之外，没有任何的直接生命证据。

好消息是，地球上目前还保留了一些最古老的岩石——就是格陵兰岛上的伊苏亚上地壳带(ISB)的地层，其历史可以追溯到37亿到38亿年前，所以你会发现那些正在寻找地球早期生命形式的科学家都把目光锁定在了格陵兰岛上。

随着气候变暖，格陵兰岛的冰川融化，岩石更多的裸露出来，这个科研带来了一些便携。

3.77亿年前的“叠石层” © MACMILLIAN PUBLISHER LTD.

2016年的时候，一组科学家声称在37.7亿年前的岩石上发现了叠层石，是目前已知最古老的生命证据，并将研究成果发表在了《科学》杂志上。

叠层石是由微生物组成的垫层（现在的叠层石主要是蓝细菌形成的），它们将沉积物层困在海底的土丘中，随着时间的推移，这些土丘逐渐堆积并钙化。

图：现代的叠石层

如果发现了叠层石，那么确实意味着发现了古老生命存在的证据，但是和以往所有的生命证据一样，这个证据也存在许多争议。

目前，没什么争议的最古老生命证据是来自34.65 亿年前的澳大利亚尖燧岩中的微生物微化石，它们是一些厌氧古细菌类。

“生命开始于35亿年前”，可能很多人都看过类似的报道，这个信息应该就是来自澳大利亚的这个考古发现。

但是这个时间和LUCA的生活时间都相差很远——LUCA预估生活在40亿年前，更别说生命开始于那时了。

参考资料：

[1].https://doi.org/10.3390/life12020259

[2].https://doi.org/10.1126/science.aah7251

原标题：《地球生命是如何起源的？它是开始于基因，还是开始于细胞？》

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