1、Summons认为，地球上的光合作用在25亿年前就开始了。这个年代与当时已知的氧气的增加是一致的。这项研究也为古生物学开辟了新的道路，科学家可以在保存下来的分子碎片中寻找光合作用的起源。
2、探索生命起源的实验研究始于上世纪50年代，当时的许多研究人员都认为生命起源于海洋，源自一团被称为原始汤(primordialsoup)的碳基化学物质。
3、就未来的发展可能而言，人工制造或者促成的机器复杂到一定程度，具备了某种符合生命内涵的基本属性的现象也将可能纳入生命的范畴，包括人机混合体，纯自由意志人工智能机器人等。
4、这些有机物随着降雨过程一同进入海洋并不断累积。氨基酸、糖类、核酸碱基等低分子有机物具有易相互结合的特性。
5、地球上最初是没有生命的，在当时剧烈变化的地球环境下，一些无机物经过复杂的化学变化过程后，形成了一些简单的有机物。(生命的起源)。
6、最后，在基因控制下的代谢反应，为基因的复制和蛋白质的合成提供能量。在极其漫长的时间里，这个生物膜包裹着的具有自我复制功能的原始细胞生命，就在地球上产生了。至此，生物学的演化开始了，直到今天地球上产生了无数复杂生命的形式。
7、天文学研究显示，地球上所有元素几乎全部来自早期恒星的演化，甚至一些有机分子也来源于遥远的太空。
8、还有一些轻盈的爬行动物，为了躲避肉食动物的爪牙，躲到树顶上面，之后也一直在高出洗洗，不轻易落到地面上。
9、20世纪60年代，苏格兰格拉斯哥大学的化学家凯恩斯史密斯在化学起源说的基础上，提出了新的起源说——泥土说，认为生命是由颗粒细小的具有特殊结构的泥土产生的。最近，美国宇航局的科学家们也发现了普通泥土中含有的能量可使无机物合成有机物，甚至可以合成生命必需的基础有机物质。这个发现无疑是对泥土说的有力支持，也解释了像氨基酸这样的生命小分子合成蛋白质这样的生命高分子时的脱水问题。应该说，这种学说比化学起源说的观点进了一大步。
10、现在我们已经知道，这些“烟囱”广泛地分布在海底，喷口附近的生态系统丰富多彩。人们也越来越意识到，在各种极端环境中，无论在酸性的池塘，还是沸腾的火山附近，或是冰冻的极地岩层中，生命比我们想象的更顽强和丰富，许多微生物甚至依赖来自矿物的微弱化学能就可以生存。一些科学家因此提出，为什么一定要假设生命就诞生于“温暖的小池塘”呢？事实上，生命的“零件”散落在宇宙的各个角落。
11、生命的起源和进化经历了从化学进化到生物学进化的上升过程，最后产生了人类。自然界总是处在由低级到高级、由简单到复杂的运动过程中。从机械运动到物理运动、化学运动，再到生物运动，整个自然界经历了一个从无机物到有机物，从无生命物质到生命物质，从生命物质到人的漫长的前进和上升过程。
12、迄今为止，生命起源可以描述成：在40亿年前的地球上，来自太空的或者地球固有物质，由无机分子合成有机小分子，聚集在热泉或火山口附近的热水中，通过聚合反应，形成了生物的大分子。这些大分子进行自我复制、自我选择，进而通过分子的自我组织，并且复制变异，从而形成核酸和活性蛋白质，分隔结构也同步产生。
13、现代生物学，化学的研究结果更加彻底地否认了自然发生论的可能性，生命的创造只能通过遗传物质的复制，以及细胞的分裂过程来实现。我们在生活中所直观观察到的生命“自生”现象，全部都是某种不易发现的复制过程在起作用。(生命的起源)。
14、但是，最近的研究指出，ATP在生命的信息起源中扮演了重要角色(ATP中心假说)：
15、生命可能起源于某次远古撞击后形成的陆地水体，比如加拿大曼尼古根湖一类的撞击坑。来源：PlanetObserver/UniversalImagesGroup/Getty
16、这是因为原始的海洋中含有丰富的有机物。所谓有机物，指的是含有氨基酸、糖类、核酸碱基等含碳元素的化合物。
17、 Damer,B.&Deamer,D.Astrobiology20,429–452(2020).
18、不得不说，布鲁斯在剧中领到的这个任务可能只算得上是“上帝简单模式”。如果想要给布鲁斯一些真正的考验，不如把他的任务推回到生命起源的阶段，毕竟生命的那些最初时刻才是最神秘、最吸引人的。(当然，电影也可能就成了一部科幻片。)
19、虽然它还很小、很脆弱、无法对环境产生一些比较明显的影响，但是在漫长的时间里，它不断的分裂、则长出了腿、触角、尾巴之类的器官，只有在浅绿色的、结构简单的最初级的海洋种游荡。
20、他们认为这种推理的根本错误在于他不懂得自然界普遍存在的自组织现象(如雪花、沙丘在一定条件下自动形成某种规则的形状，这显然不是被某高级主体有意制造的，而且也不能用概率论来推断)。生命体的最根本特征是自组织的，不是被制造的。
21、最早出现的是生命之源，蛋白质。单细胞生活后来出现。最早的是微生物菌母。 5亿年前，那里只有光秃秃的山脉和土地，只有岩石和沙子，没有生命，没有赖以生存的土壤。直到25亿年前，藻类才在地球大气层中积累了足够的氧气以形成臭氧层，以保护暴露在阳光下的生命，使生命得以浮出水面。地球上最早的生命出现在45亿年前。生命就像细菌，只有一个细胞，如今地球上的所有动植物都是由细胞组成的。在随后的漫长岁月中，单细胞生物遍布海洋，独自生活了约20亿年。这时地球开放，寂寞，空气有毒，根本无法呼吸。大气中没有氧气，也没有保护生命的臭氧层。
22、经过一周持续不断的实验和循环之后。米勒分析其化学成分时发现，其中含有包括5种氨基酸和不同有机酸在内的各种新的有机化合物，同时还形成了氰氢酸，而氰氢酸可以合成腺嘌呤，腺嘌呤是组成核苷酸的基本单位。米勒的实验试图向人们证实，生命起源的第一步，从无机小分子物质形成有机小分子物质，在原始地球的条件下是完全可能实现的。
23、但是，单单形成RNA和其他分子并不构成生命。还需要形成一个能自维持的动态系统。Frenkel-Pinter认为水的破坏力可能在这方面起到了作用。当猎物演化得越跑越快，或是分泌毒素来抵抗捕食者时，最初的生物分子可能通过演化，抵挡住了水的化学攻击，甚至还很好地利用了水的反应性。
24、化学起源说是被很多学者接受的生命起源假说。这一假说认为，地球上的生命是在地球温度逐步下降以后，在极其漫长的时间内，由非生命物质经过极其复杂的化学过程，一步一步地演变而成的。
25、20世纪60年代，FrancisCrick提出了一种可能的猜想，其中的关键就是RNA。在生命早期，RNA可能同时作为信息的载体和催化剂。这样的猜想不无道理，RNA与DNA很相似，它们同样可以承载遗传信息，但结构比DNA更简单，似乎带着更多“原始”的影子。
26、地球的大气层并无明确边界。离地表越远，空气越稀薄，最后消失在外太空。大气层四分之三的质量集中在离地表11千米的对流层。来自太阳的能量将地表和上面对流层中的气体加热，空气受热膨胀，因密度减小而上升，周围较冷、密度较高的气体填补过来，形成了大气环流。这使得热量重新分布，并产生各种天气现象和气候条件。
27、细胞是充满水溶液的小泡，意味着水溶液是被一个薄膜包起来。那么问题来了，世界上第一批细胞膜是怎么产生的？如果没有薄膜，地球将只有无尽的海洋和被稀释的生命元素。有了薄膜的存在，所有生命元素才有了组合在一起的可能，之后的自我复制和繁衍才得以诞生。
28、今天，科学家们已经有了对细胞膜形成的推导。地球上第一个生命形式的诞生过程，就在今晚播出的《被点亮的星球》第4集中揭晓。所有生命的共同祖先——细胞“LUCA”等着你去拜见它！
29、 Rajamani,S.etal.Orig.LifeEvol.Biosph.38,57–74(2008).
30、Russell不赞同Sutherland的实验方法。他说：“他在做的都是些令人眼花缭乱的化学实验。”对Russell来说，这些都是不相关的。因为现代微生物是用完全不同的化学过程来生成RNA一类的物质。他认为肯定是这些过程先出现，而不是这些物质先出现。“生命会挑选非常特别的分子。但你不能从现成的分子中挑选，你必须从头生成那些分子，那才是生命的过程。”
31、创造论认为世界万物都是由神所创造。比如上帝、阿尔修斯。在《圣经》上说，“起初，神创造天地。
32、在探索生命起源的研究中，还有一些化合物被作为“分子标记”。比如，如果某一类化合物在活细胞之外很少出现，而在特定岩层中找到了它们的踪迹，就可以被看作是一种有说服力的生命证据。
33、为此，本人“地外天使”只能将最新的突破性研究成果，用简单图表来说明一下生命的起源从哪里来与开始和形成的基本演化框架。植物形成的基本框架是：海洋中衍生的单细胞群体→单细胞聚集同体共生形成的多细胞初级生物体→海洋中的原生物→静态环境生存的原生物→自养光合作用形成的叶绿体和功能完善→藻类初植物→简单植物→草类植物→花类植物→种子类植物→现代大型植物。
34、它们没有多少路需要走，只需要在空中跳来跳去，于是它们的前肢进化成了像降落伞一样的结构，降落伞长出了羽毛后，就成为了最初的鸟类。在恐龙灭绝之后，地球成为了另外一种生物的天下，虽然爬行动物是它们的祖先，但是彼此之间有诸多不同，最大的区别在于生育方式上，后者绝大多数情况下在体内孕育下一代，用母乳哺育幼儿，而不是像爬行类一样将蛋下在外界，然后再进行孵化。
35、第一个它能从环境中吸收自己生活过程中所需要的物质，排放出自己生活过程中不需要的物质。
36、 Bonfio,C.,Russell,D.A.,Green,N.J.,Mariani,A.&Sutherland,J.D.Chem.Sci.11,10688–10697(2020).
37、仅仅依赖于随机过程，形成有效生命分子的概率可以小到在1亿个宇宙的年龄这么长的时间也不太可能发生。生命的信息是怎样被创造的？在很长时间中，该理论的支持者都没有对这一质疑给出有效的解答。
38、 Deamer,D.W.&Barchfeld,G.L.J.Mol.Evol.18,203–206(1982).
39、在地球上的人们为“毅力号”欢呼雀跃之时，JohnSutherland将在一旁冷静观察。Sutherland是英国MRC分子生物学实验室的一名生物化学家，也是游说NASA造访杰泽罗陨击坑的科学家之杰泽罗陨击坑符合他对生命起源的设想——无论是火星还是地球。
40、但答案显然没有那么简单。很快，新的发现似乎为生命诞生提供了另一种方案。
41、 Patel,B.H.,Percivalle,C.,Ritson,D.J.,Duffy,C.D.&Sutherland,J.D.NatureChem.7,301–307(2015).
42、 代表科学家：RogerE.Summons etal.
43、如果Sutherland的这类实验确实能指明生命是如何在地球上出现的，它们也有助于探索生命在宇宙其他地方的起源。
44、之所以这么说，是因为多项研究表明，生命的基本化学物质需要来自太阳的紫外线辐射才能形成，而且含水的环境必须是高度浓缩的，有时候甚至要完全干燥。在实验室开展的实验中，通过小心加热简单的碳基化学物质，把它们暴露在紫外线辐射中，并间歇性地将它们烘干，Sutherland等科学家已经能生成DNA、蛋白质和细胞的其他关键组分。化学家还无法在模拟海水的环境下合成这么多不同的生物分子。
45、Deamer在现代火山温泉开展了多项实验来验证他的想法。2018年，他的团队证明了囊泡能在温泉中形成甚至还能包裹核酸——但它们无法在海水中形成。2019年的一项后续研究发现，当得到的囊泡干燥后，核苷酸会连接成类似RNA的链
46、这类研究让生命起源于光照充足的浅水表面的理论更有说服力。不过，具体需要多少水以及水在生命起源的哪一步发挥了作用仍是争论不休的话题。
47、自上世纪80年代以来一直受到推崇的另一个海洋起源说是地质学家MichaelRussell提出的，他之前是美国加州喷气推进实验室的独立研究员。Russell认为生命起源于海底热液喷口，那里有从底下地质构造中渗出的热碱水。热水遇到岩石后会产生化学能量，这种能量首先会驱动简单的代谢循环，之后便开始形成并利用RNA一类的化学物质。
48、这种变异的特性如果能够适应环境而生存，它就会一代又一代地把这种变异的特性加强并成为新个体所固有的特征。生物体不断地变异，不断地遗传，年长月久，周而复始，具有新特征的新个体也就不断地出现，使生物体不断地由简单变复杂，构成了生物体的系统演化。
49、这一发现可能会成为我们了解生命起源过程中的重要一步。但生命的起源是个很大的问题，对此我们需要认识的东西还非常多非常多。
50、火星的关注度最高，因为有清晰的证据表明，火星表面曾有液态水。NASA“毅力号”火星车的着陆点是杰泽罗陨击坑，这么选择的一部分原因那里曾是一个湖泊，可能发生过Sutherland研究的化学过程。2018年，在Catling牵头的向NASA的汇报中，Sutherland帮助撰写了文稿，概括了前生命化学的研究结果，并对“毅力号”的探索位置给出了建议。“我们向他们介绍了前生命化学，并指出杰泽罗陨击坑是这种化学最有可能发生的位置，而他们最后也确实选择了这里。”Sutherland说。
51、这些证据有可能指向，在生命早期很有可能是一个RNA世界。那时，RNA是唯一的编码分子，它们随后在自我复制中进化出了更为稳定DNA分子，并让生命迈入了蛋白质世界。但这段故事的细节目前仍然很模糊，毕竟生命分子很难留下动植物那样的化石线索。现在，还有许多研究都在追寻这种从RNA到DNA的变化是如何产生的，并希望找到最古老蛋白质的线索。
52、目前主流的科学认为：生命诞生于海洋的火山口附近，在海洋的火山口附近有大量的化学物质因为温度高剧烈的循环，在这个过程中可能形成能够通过自身和外界交换能量的分子，最后产生生命。
53、在2008年的一项研究中，Deamer和他的团队将核苷酸和脂质与水混合，再让它们经历干湿循环。当脂质形成层状物时，核苷酸连接成了类似RNA的链——如果没有额外帮助，这种反应在水中是无法完成的
54、他们在实验室中模拟了早期地球环境，试图用当时地球上仅有的生命要素来解开这个谜。这些要素包括水、原始蛋白质片段、RNA和脂肪酸片段等。这些要素有一部分可能来自陨石。
55、地球上最早的生命体就是诞生在海洋里，是原核单细胞构成的生物，也就是原核生物。 是地球上第一种诞生于35亿年前，在原始的海洋中，就是蓝藻也叫蓝细菌、蓝绿藻，也是单细胞生物，也可以说是地球上最早的生命起源。 在之后的数亿年中。
56、Catling说，最好的情况是“毅力号”在火星沉积层中发现复杂的碳基分子，比如脂质或蛋白质，或是它们降解后的残留物。他还希望能看到干湿循环的证据，比如湖泊多次干涸又重新注满所形成的碳酸盐层。他推测“火星上的生命没怎么演化”，因为我们还没有看到这方面的任何明显证据，比如清晰的化石或富含碳的黑色页岩。“我们找的东西很简单，只要能显示前生命特征就行，并不需要是真正的细胞。”
57、 Powner,M.W.,Gerland,B.&Sutherland,J.D.Nature459,239–242(2009).
58、观察结果显示，在水中，脂肪酸能够自我组合成细胞膜，形成一种类似于装满水的气球的结构。这种结构是不稳定的。假如水中有盐或带电分子，它们就很容易瓦解。
59、米勒在他的实验中假设在生命起源之初大气层中只有氢气、氨气和水蒸气等物，其中并没有氧气等，当他把这些气体放入模拟的大气层中并通电引爆后，发现其中产生了些氨基酸，氨基酸是合成蛋白质的基本单元，而蛋白质是生命存在的形式，因此他认为生命从无到有的理论将可以确立了，证明生命是进化而来的。
60、支持这种观点的一些关键证据出现在2009年。已知组成RNA的核苷酸有四种，当时，Sutherland宣布他和他的团队成功制造出了其中两种他们从磷酸盐和四种简单的碳基化学物质开始，包括氨基氰。整个过程中，这些化学物质都溶解在水里，但它们是高度浓缩的，关键步骤也需要紫外线辐射。这种反应无法发生在海洋深处——只能发生在暴露于阳光下的小水潭或溪流中，因为那里可以让化学物质高度浓缩，他说。
61、厄瓜多尔海岸的加拉巴戈群岛是达尔文创立进化论的地方。在这里，研究人员潜入了海底的火山缝，发现在喷出的温泉附近有大量奇异生物，大为惊讶，火山口充满了红色的多毛虫，大螃蟹以细菌为食，高热产生的化学物质则是细菌的美餐。这个奇特的海底世界不禁使人联想起，原始生命可能就诞生在海底。
62、科学家认为:在地球诞生初期，陨石轰炸地球，给地球带来的丰富的水资源。水蒸汽与矿物质和气体产生了化学反应形成了氨基酸和蛋白质，然后蛋白质与其他化学物质结合形成了单细胞细菌，这就是地球上最初的生命。我们知道地球上生物是碳基生物，因此都是以蛋白质构成的。
63、其他研究指向了另一个元素：光。光可能也是生命起源的一个关键部分。这是麻省总医院的合成生物学家JackSzostak的团队得出的一个结论，该团队研究的是“原细胞”(protocell)，这种简易版细胞只含有少量化学物质，但可以自己生长、竞争、复制。如果这些原细胞暴露在与陆地相似的条件下，就会表现出与生命更相似的行为。Adamala参与的一项研究发现，原细胞能利用来自光的能量，以简单的繁殖形式分裂无独有偶，目前也就职于MRC分子生物学实验室的ClaudiaBonfio和她的同事在2017年证明了紫外线辐射能促进铁硫簇的合成而这对许多蛋白质都至关重要，包括电子传递链中的蛋白质，电子传递链能通过驱使能量储存分子ATP的合成，帮助为所有活细胞供能。铁硫簇遇到水就会断开，但Bonfio的团队发现，如果这些铁硫簇被3-12个氨基酸长的简单多肽包裹，它们就会更加稳定。
64、在不久之后，一些关键的线索出现了。1978年，SidneyAltman首次发现RNA在一种催化反应中是必需的。1982年，Thomas Cech首次证明RNA分子本身可以起到催化作用。Cech把一个未经处理的RNA分子放入没有蛋白质的试管中后，它开始了自我剪接。也就是说，RNA分子可以将自身切成碎片，并将遗传上重要的RNA片段重新连接在一起。目前，已知的RNA酶(也叫核酶)已有百种。Altman和Cech也因此被授予1989年诺贝尔化学奖。
65、相比之下，模拟地表情况的化学实验已经合成出核酸、蛋白质和脂质的构成单元。“深海热液喷口假说并不包括这些合成。简单说是因为这个实验还没有做，而且可能做不出来。”Catling说。
66、鹅颈瓶实验是假设细菌、微生物的移动需要依靠菌毛、鞭毛，并且需要在有液体介质的情况下才能正常移动。他把肉汤灌进两个烧瓶里，第一个烧瓶就是普通的烧瓶，瓶口竖直朝上；而第二个烧瓶，瓶颈弯曲成天鹅颈一样的曲颈瓶。
67、1999年，Roger Summons和团队在西澳大利亚25亿年前的黑色页岩中发现了藿烷分子变体。这里的岩石几乎没有受到过热量的改变，也没有受到地表生物或者地下水的污染，因此有可能让古老的生物分子保留下来。这些被称为2-甲基藿烷(2-Methyhopanoid)的分子只在光合蓝藻中被发现，而蓝藻是古地球上最主要的氧气制造者。
68、 19世纪时，法国微生物学家巴斯德(LouisPasteur)(1821-125)发现，将肉汤置于烧瓶中加热，沸腾后让其冷却，如果将烧瓶开口放置，肉汤中很快就繁殖生长出许多微生物；但如果在瓶口加上一个棉塞，再进行同样的实验，肉汤中就没有微生物繁殖。巴斯德认为，肉汤中的小生物来自空气，而不是自然发生的。他的实验为科学家进一步否定“自然发生论”奠定了坚实的基础。
69、创造论的质疑者认为神造说的根源是类比于人的制造能力，以及对概率论的错误应用。比如某宗教徒用手表自我形成的概率为零必然有造表者来证明人是被创造的。
70、经过一个星期左右的连续实验，结果居然在试验中制造出了作为原始生命起源的“氨基酸”。生物进化大致分为两大系统。一是把氨基酸作为有机液进行化学合成进而又进行光合作用，进化出细菌的系统;二是进化出具有大型真核细胞的动物或植物的系统。虽然我们无法亲近雷电，但是如果它对地球生命的起源做出了贡献，我们就不能不对其产生敬畏之情。
71、第二个阶段，从有机小分子到有机大分子形成的过程。有机大分子像蛋白质、多糖、核酸，因为蛋白质是组成生命体的主要物质，还有多糖、糖类都是组成很多细胞的骨架、细胞壁的主要成分，还有核酸，这是遗传物质。所以这个过程也是不可或缺的。
72、大约在66亿年前，银河系内发生过一次大爆炸，其碎片和散漫物质经过长时间的凝集，大约在46亿年前形成了太阳系。作为太阳系一员的地球也在46亿年前形成了。冰冷的星云物质释放出大量的引力势能，再转化为动能、热能，致使温度升高，加上地球内部元素的放射性热能也发生增温作用，故初期的地球呈熔融状态。高温的地球在旋转过程中其中的物质发生分异，重的元素下沉到中心凝聚为地核，较轻的物质构成地幔和地壳，逐渐出现了圈层结构。这个过程经过了漫长的时间，大约在38亿年前出现原始地壳，这个时间与多数月球表面的岩石年龄一致。生命的起源与演化是和宇宙的起源与演化密切相关的生命的构成元素如碳、氢、氧、氮、磷、硫等是来自“大爆炸”后元素的演化。资料表明前生物阶段的化学演化并不局限于地球，在宇宙空间中广泛地存在着化学演化的产物。在星际演化中，某些生物单分子，如氨基酸、嘌呤、嘧啶等可能形成于星际尘埃或凝聚的星云中，接着在行星表面的一定条件下产生了象多肽、多聚核苷酸等生物高分子。通过若干前生物演化的过渡形式最终在地球上形成了最原始的生物系统，即具有原始细胞结构的生命。至此，生物学的演化开始，直到今天地球上产生了无数复杂的生命形式。
73、但是最近，华盛顿大学的一些科学家通过实验发现，某种特定的氨基酸，可以让细胞膜保持稳定。
74、 全球海底热液活动区的大致分布图。|图片来源：Wikicommons
75、十几年前，JimCarrey主演过一部喜剧电影《冒牌天神》(BruceAlmighty)。在剧中，不停抱怨命运不公的主角布鲁斯突然被允许做一天无所不能的“上帝”，负责管理整个世界的运行。很快，布鲁斯就被写着所有人愿望的便利贴淹没了。
76、之后，Sutherland的团队证明，利用相同的起子化学物质，只要经过细微的差异化处理，也能产生蛋白质和脂质的前体研究团队认为，如果含有氰化盐的水被太阳烘干，也可能发生这些化学反应，留下一层干的氰化物，这些物质可能又受到了地热活动的加热。过去一年里，Sutherland的团队已经利用阳光的能量和一些高度浓缩的同类化学物质生成了DNA的构成单元——这在之前被认为是不可能的
77、本文由施普林格·自然上海办公室负责翻译。中文内容仅供参考，一切内容以英文原版为准。欢迎转发至朋友圈，如需转载，请邮件China@nature.com。未经授权的翻译是侵权行为，版权方将保留追究法律责任的权利。
78、就像做一个化学实验，地球要怎样造出一个生命呢？
79、(c)它通过自身的转化与缩合将生命过程信息化——筛选出用4种碱基编码20多个氨基酸的三联体密码子系统，构建了一套遗传信息的保存、复制、转录和翻译以及多肽链的生产体系；
80、与此同时，许多研究人员也表达了对Russell的热液喷口说的质疑，指出其缺少实验依据。
81、神秘古菌“洛基”：来自深海底泥的微生物会是复杂生物的起源吗？
82、 Milshteyn,D.,Damer,B.Havig,J.&Deamer,D.Life8,11(2018).