化学起源学说

化学起源学说（chemical origin theory），又称为原始汤假说（primordial soup hypothesis），是关于生命起源的经典理论之一，认为地球早期的环境中存在还原性气体和能量来源，在无生命状态下通过简单化学反应合成出有机物，进而逐步演化为原始生命系统。该理论最早由亚历山大·奥帕林（A.I. Oparin）与约翰·霍尔丹（J.B.S. Haldane）于1920年代分别提出。

1. 基本观点  

化学起源学说提出以下几个阶段的生命形成过程：  

① 非有机环境产生简单有机分子（如氨基酸、糖类、碱基）  

② 小分子聚合为大分子（如蛋白质、多肽、RNA）  

③ 形成原始细胞样结构（如脂质囊泡、共生体系）  

④ 出现能自我复制的分子体系，最终演化为生命

2. 米勒-尤里实验（Miller-Urey experiment, 1953）  

美国科学家斯坦利·米勒与导师哈罗德·尤里模拟早期地球环境，使用以下条件进行了实验：  

- 气体：CH₄（甲烷）、NH₃（氨）、H₂、水蒸气（模拟原始大气）  

- 能源：高压电火花（模拟闪电）  

- 结果：一周后生成了多种氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸等）

? 此实验首次在实验室中验证了生命基本单元可由无生命物质自然生成

3. 化学起源的阶段性过程  

| 阶段              | 过程内容                                               | 关键分子/现象                         |

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| 无机物合成有机物  | 甲烷、氨、水 → 氨基酸、核苷酸等                      | 米勒-尤里实验                          |

| 有机物聚合        | 氨基酸 → 肽链，核苷酸 → RNA或DNA                      | 蒸发浓缩、火山口等条件促进聚合         |

| 微球体形成        | 脂质或蛋白聚集形成膜结构，如“原始细胞”               | 微球、脂质体                           |

| 自我复制体系形成  | RNA可自我催化、自我复制（“RNA世界”假说）              | 核糖核酸，催化RNA（ribozymes）         |

4. “RNA世界”假说与化学起源  

1970年代以来提出的“RNA世界（RNA world）”是化学起源学说的延伸，主张RNA在生命早期阶段既携带遗传信息，又具有催化能力，因此可能是最早的自我复制体系，是DNA与蛋白质出现之前的生命核心。

5. 支持证据  

- 除米勒实验外，近年来在彗星陨石中发现了氨基酸、嘧啶等有机物  

- 深海热泉模拟中也可合成多种有机物  

- 脂质体实验表明脂质自动形成囊泡，具备原始细胞结构特征  

- RNA酶（ribozyme）可进行自身剪接、复制，支持RNA世界模型

6. 局限与争议  

- 米勒实验使用的气体成分（强还原性）是否真实代表早期地球大气仍有争议  

- 有机分子如何进一步形成具有功能的蛋白或完整复制体系尚不清晰  

- RNA的稳定性较低，是否能长期存在自然环境中存在疑问  

- 生物手性（如L-氨基酸）如何自然选择形成仍未解释清楚

7. 参考文献  

¹ Miller, S. L. (1953). A production of amino acids under possible primitive Earth conditions. Science.  

² Gilbert, W. (1986). Origin of life: The RNA world. Nature.  

³ Deamer, D. & Dworkin, J. (2005). Chemistry and physics of primitive membranes. Annu. Rev. Earth Planet. Sci.  

⁴ Ruiz-Mirazo, K. et al. (2014). Prebiotic systems chemistry: new perspectives for the origins of life. Chem. Rev.